计算机联用研究BZ化学振荡反应物理化学教研组 陈志云一 实验目的1.了解BZ反应的基本原理，掌握研究化学振荡反应的一般方法。n掌握计算机在化学实验中的数据采集与控制的应用。n测定振荡反应的诱导期与振荡周期，并求有关反应的表观活化能。二 实验原理贝洛索夫恰鲍廷斯基（BZ）反应二 实验原理n远离平衡的敞开系统n存在反馈 产物能加速反应，即自催化反 应。n存在双稳定性 同样的条件下存在两个可 能的稳定状态。产生化学振荡的基本条件化学振荡是一种周期性的化学现象。FKN机理过程A过程B过程C 大 量 消 耗 B r大量消耗Br-, HBrO2为中间体。当Br-低时, 发生B过程, Ce3+被氧化BrOBrO3 3- -CeCe3+3+MAHMAH2 2SOSO4 4体系体系FKN机理俄勒冈模型 按照FKN机理，可以导得，振荡周期t振与总反应的表观速率常数k呈反比关系 通过测定不同温度下的振荡周期t振，可以估算出反应的表观活化能。 此外，随着反应进行，cB逐渐减少，振荡周期也将逐渐增大。电动势法测量反应过程中离子浓度的变化甘汞电极做参比电极 铂电极测定Ce3+, Ce4+的变化三 试剂与仪器n试剂：0.304mol L-1丙二酸； 1.52mol L-1 硫酸； 0.252mol L-1溴酸钾；0.024mol L-1 硝酸铈铵.n仪器：超级恒温槽1台，计算机1台，夹套 反应器一个，磁力搅拌器1台，铂电极、 双液接饱和甘汞电极各1支。 四 实验步骤(一)按装置图接好线路(二) 打开实验监控仪，然后打开计算机，启动程序，于 “项目管理”中打开“B-Z振荡”项目。 (三) 打开恒温槽的电源开关，设定反应所需的温度，并 打开循环水的开关。(实际温度以水银温度计的读数 为准！ )实验步骤0.304mol L-1 丙二酸 10mL0.024mol L-1 硝酸铈铵 10mL1.52 mol L-1 硫酸 25mL0.252 mol L-1 溴酸钾 25mL恒温槽 (四) 用移液管取溶液 恒温(注意液面)。另 取25ml去离子水置于 反应器中恒温。(溶液 不要搞混，否则无法 观察到振荡现象！)（四）在“周期采样”标签页中，设定采样周期为1s， 采样时间为50min，在“同时测定参数”复选框中选 中“铂电极”。 （五）恒温10余分钟后，将丙二酸、硫酸、溴酸钾 溶液依次倒入反应器中，打开搅拌器，按下“周期 采样”中“开始采样”按钮。最后将硝酸铈铵溶液倒 入反应器中，并立即将电极放入。实验步骤（六）切换到“动态曲线”标签页，可以看到电脑自 动生成动态曲线。记录t = 0到出现转折曲线的时间 ，为t诱。出峰时用鼠标点击曲线的峰顶或峰谷处可 读取其出现的时间（读取过程中可按PageUp或 PageDown精确查找，待纵轴值最大或最小时即为 出峰时间）。待出现3-5个峰时，即可停止，计算 每个周期的时间t振，取3-4个相近的数据求出t振的 平均值。（过程中注意观察反应器中溶液颜色的 变化） （七）完成一个温度曲线后，按下“周期采样”标签 页中的“停止采样”按钮，重新设置温度，重复步 骤3-7。实验步骤实验注意事项：n搅拌的速率不宜过快，两次测量过程中不要改变搅拌 速率，否则两个温度的t振相差不明显。n实验过程中不要洗试管和反应器，做完实验后请将试 管和反应器一定要用去离子水清洗干净，试管倒扣， 废液倒入废液瓶中，并将台面收拾干净。n测量时将甘汞电极上若有晶体析出，请先用去离子水 冲洗干净，并且更换KNO3溶液，否则Cl-参与反应， 不产生振荡峰，此外电 极一定要放在盖子上然后再 放入反应液中。n记录的温度以温度计上的读数为准，仪表盘上的只是 粗略的温度。n恒温后的试样一定要按顺序加入 。t1t2t3t4t1t2t3t4t诱E/V0st/s原始数据记录t/oCt诱诱 /st1/st2/st3/st4/st振1 /st振2 /st振3 /s1、 在绘图纸上作ln(1/t振)1/T图，由斜率-Ea/R 求出FKN机理中步骤（6）的表观活化能。t/oCT/K 五 数据处理2、代入公式法求Ea /kJmol-1六 思考题 七 讨论