1、。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告bz 振蕩反應(yīng)1. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告（ 1 ）了解 bz 反應(yīng)的基本原理。（ 2 ）觀察化學(xué)振蕩現(xiàn)象。（ 3 ）練習(xí)用微機(jī)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和作圖。2. 實(shí)驗(yàn)原理化學(xué)振蕩：反應(yīng)系統(tǒng)中某些物理量隨時(shí)間作周期性的變化。bz 體系是指由溴酸鹽， 有機(jī)物在酸性介質(zhì)中， 在有 （或無） 金屬離子催化劑作用下構(gòu)成belousov 發(fā)現(xiàn)，后經(jīng)zhabotinski 發(fā)現(xiàn)而得名。本實(shí)驗(yàn)以 bro 3 ce +4 ch 2（cooh） 2 h 2so4 作為反映體系。該體系的總反應(yīng)為：2h 2bro 3 2ch 2 cooh322brch cooh 2 3co2 4h2o1體系中存在著下面的反應(yīng)過程。過程

2、a ：bro 3 br2hk2 hbro 2 hobr2hbro 2 brhk3 2hobr3過程 b：bro 3 hbro 2 hk4 2bro 2 h 2o4bro2 ce3 hk5 hbro 2 ce 452hbro 2 k6 bro -3 hobr h623br- 的再生過程：4ce 4 brch cooh 2 h 2o hobr7 2br 4ce 3 3co2 6h當(dāng) br -足夠高時(shí)，主要發(fā)生過程 a ， 2 反應(yīng)是速率控制步驟。研究表明，當(dāng)達(dá)到準(zhǔn)定態(tài)k k2-時(shí)，有 hbro 2 bro 3 h ok3當(dāng)br-低時(shí)，發(fā)生過程 b, ce+3被氧化。4反應(yīng)是速率控制步驟。4.5反應(yīng)

3、將自催化產(chǎn)k4生hbro2，達(dá)到準(zhǔn)定態(tài)時(shí)，有hbro2- bro 3 h 。2k 6可以看出：br-和bro 3是競(jìng)爭(zhēng)hbro 2的。當(dāng)k3 br - k 4bro 3 時(shí)，自催化過程不可能發(fā)生。自催化是 bz振蕩反應(yīng)中必不可少的步驟，否則該振蕩不能發(fā)生。研究表明，br-的臨界濃度為：- k 46 .br crit bro 35 10 bro 3k3若已知實(shí)驗(yàn)的初始濃度bro 3 ,可由上式估算br- crit。體系中存在著兩個(gè)受澳離子濃度控制的過程a和過程b,當(dāng)br-高于臨界濃度br-crit時(shí)發(fā)生過程a,當(dāng)br-低于br-crit時(shí)發(fā)生過程b。br-起著開關(guān)的作用，他控制著a,b之間的變化

4、。這樣體系就在過程a、過程b間往復(fù)振蕩。在反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，系統(tǒng)中br-、hbro 2、ce+3、ce+4都隨時(shí)間作周期性的變化，實(shí)驗(yàn)中，可以用澳離子選擇電極測(cè)定br-,用鉗絲電極測(cè)定ce+4、ce+3隨時(shí)間變化的曲線。溶液的顏色在黃色和無色之間振蕩，若再加入適量的feso4鄰菲咯咻溶液，溶液的顏色將在藍(lán)色和紅色之間振蕩。從加入硫酸鈾錢到開始振蕩的時(shí)間為t誘，誘導(dǎo)期與反應(yīng)速率成反比。aexprt-可編輯修改-并得到lnie表lnart11作圖ln 一，根據(jù)斜率求出表觀活化能e表。t誘t本實(shí)驗(yàn)使用的 bz 反應(yīng)數(shù)據(jù)采集接口系統(tǒng)，并與微型計(jì)算機(jī)相連。通過接口系統(tǒng)測(cè)定電極的電勢(shì)信號(hào)，經(jīng)通訊口傳送到pc。自

5、動(dòng)采集處理數(shù)據(jù)。3.實(shí)驗(yàn)儀器與試劑bz 反應(yīng)數(shù)據(jù)采集接口系統(tǒng)恒溫槽磁力攪拌器丙二酸 0.45mol dm -3澳酸鉀 0.25 mol dm -3硫酸 3.00 mol dm -3硫酸鈾鏤 4x10-3 mol dm -3反應(yīng)器微型計(jì)算機(jī)4 . 實(shí)驗(yàn)步驟（ 1 ）連接電極，將鉑電極接入電壓輸出正端，參比電極接入電壓輸出負(fù)端。（ 2 ）接通恒溫槽，調(diào)節(jié)設(shè)定溫度至30 。啟動(dòng)微機(jī)，進(jìn)入主菜單，打開bz 振蕩反應(yīng)數(shù)據(jù)采集接口裝置。（ 3 ）參數(shù)設(shè)置菜單中的參數(shù)直接使用實(shí)驗(yàn)預(yù)設(shè)的，不必變動(dòng)。（ 4 ）等待恒溫槽達(dá)到設(shè)定的溫度，軟件窗口出現(xiàn)提示。（ 5 ）在反應(yīng)器內(nèi)加入丙二酸溶液，硫酸溶液，溴酸鉀溶液的

6、混合溶液，每種溶液8ml 。取硫酸鈰銨溶液8ml 于錐形瓶中，放入恒溫槽內(nèi)。（ 6 ） 5min 后，開始實(shí)驗(yàn)，將之前準(zhǔn)備好的硫酸鈰銨溶液倒入反應(yīng)器中，同時(shí)單擊記錄數(shù)據(jù)，系統(tǒng)開始采集電位信號(hào)。（ 7 ） 注意觀察反應(yīng)器中顏色變化， 同時(shí)觀察波形， 當(dāng)畫完 10 完整波形后， 點(diǎn)擊停止采集。（ 8 ）倒掉反應(yīng)器中的溶液，用去離子水沖洗反應(yīng)器和所用電極。（ 9 ）同時(shí)調(diào)節(jié)恒溫槽的溫度使其升高3 度，并電極軟件上的“下一次實(shí)驗(yàn)” ，調(diào)整預(yù)設(shè)溫度至 33 ，確定。（ 10 ）重復(fù)以上的步驟，每次測(cè)量都需要調(diào)節(jié)溫度，并洗刷反應(yīng)器和電極。（ 11 ）實(shí)驗(yàn)完畢后，將原始數(shù)據(jù)拷貝，關(guān)閉儀器電源，沖洗電極和反應(yīng)

7、器。5 . 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理本實(shí)驗(yàn)采用a處理方法。(1)各溫度下的電位-時(shí)間圖像原始數(shù)據(jù)中存在一些干擾數(shù)據(jù)，將干擾數(shù)據(jù)剔除后作出如下圖像。ouj- bxa y33 c電位-時(shí)間圖0u- y36 c電位-時(shí)間圖115039 c電位-時(shí)間圖x axis titleckxa y計(jì)算所繪制的曲線的十個(gè)波峰值的平均值,確定此電位差值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間， 這就是起波時(shí)間。-可編輯修改-序號(hào)實(shí)際實(shí)驗(yàn)溫度/k起波時(shí)間/s1303.25227.92306.45193.63309.55166.04312.90153.311 -(2)作出ln(1?)-彳的圖像-5.0linear fit of b-5.1equationy

8、 = a +adj. r-squ0.98348valuestandard erbintercep8.0420.98901bslope-4080.607304.52467-5.2-5.3-5.4-5.50.003200.003220.003240.003260.003280.00330斜率值為-4080.607，-1- e表根據(jù) ln - =lna可求得？乙=-8.314*(-4080.607 ) =33929.16j/molt誘rt表對(duì)于振蕩曲線就是由于-濃br的高低會(huì)有兩種反應(yīng)過程，-濃度的高低會(huì)決定具體反應(yīng)的過程，而鉗電極是用來4,ce 3濃度的變化，恰好是反應(yīng)過程b中有ce4,ce 3的

9、參與，所以曲線的這種振蕩表示的是+4,c&3濃度的周期性變化，也就間接的表示了-濃度的br周期性變化。6 .數(shù)據(jù)分析擬合相關(guān)度為0.98348 ,說明擬合較好。但是前兩組從擬合直線上還是能明顯看出前兩組數(shù)據(jù)偏差較大。本次試驗(yàn)的誤差來源有如下幾項(xiàng)：(1)實(shí)驗(yàn)過程中溫度有變化，從原始數(shù)據(jù)上可以很明顯的看到反應(yīng)初始溫度和反應(yīng)結(jié)束的溫度是不同的，而且均偏離預(yù)設(shè)溫度，這說明反應(yīng)的控溫是不到位的。(2)加入硫酸鈾錢溶液和開始記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)沒有同步，這樣可能會(huì)使起波時(shí)間受到一定影響，但是這個(gè)在時(shí)間上的影響對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響并不大。(3)由于實(shí)驗(yàn)要求需要恒溫硫酸鈾錢溶液一段時(shí)間，但是在實(shí)驗(yàn)時(shí)可能溶液的溫度還沒有達(dá)到預(yù)定的溫度就開始實(shí)驗(yàn)了。(4)儀器本身也是存在一定誤差的，從微機(jī)上做出的圖像可以看出儀器本身對(duì)結(jié)果有一定的干擾。7 .思考題(1)什么是化學(xué)振蕩現(xiàn)象？產(chǎn)生化學(xué)振蕩需要什么條件？化學(xué)振蕩就是反應(yīng)系統(tǒng)中某些物理量隨時(shí)間做周期性的變化。發(fā)生化學(xué)振蕩現(xiàn)象必須滿足如下幾個(gè)條件：1 .反應(yīng)必須是敞開體系且遠(yuǎn)離平衡態(tài)；2 .反應(yīng)歷程中應(yīng)包含自催化的步驟；3 .