物化实验报告：实验11b-z振荡反应

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1、实验11E-Z振荡反应姓名：贾峑学号：2008011920班级：化82班（同组者：张辇）实验□期：2010年11月17日提交报告13期：2010年11月24日实验指导老师：郭勋1引言1.1实验目的1.1.1了解Belousov-Zhabotinski反应（简称B-Z反应）的机理1.1.2通过测定电位-时间曲线求得振荡反应的表观活化能。1.2实验原理所谓化学振荡就是反应系统屮某些物理量如组分的浓度随时间作周期性的变化。1958年，Belousov首次报道在以金属钟离子作催化剂的条件卜，柠檬酸被澳酸氧化的均相系统可呈现这种化学振荡现

2、象。随后，Zhabotinsky继续了该反应的研究。到冃前为止，人们发现了一大批可呈现化学振荡现象的含漠酸盐的反应系统。例如，除了柠檬酸外，还有许多有机酸（如丙二酸、苹果酸、丁酮二酸等）的漠酸氧化反应系统能出现振荡现象，而R所用的催化剂也不限于金属肺离子，铁和镒等金属离子可起同样的作用。后來，人们笼统地称这类反应为B-Z反应。目前，B-Z反应是最引人注目的实验研究和理论分析的对象之一。该系统相对来说比较简单，其振荡现象易从实验中观察到。由实验测得的B-Z体系典型饰离子和漠离子浓度的振荡曲线如图一所示。图1.B-Z体系典型铀离子和

3、漠离子浓度的振荡曲线关于B-Z反应的机理，目前为人们普遍接受的是关于在硫酸介质中以金属钟离子作催化剂的条件下，丙二酸被浪酸氧化的机理，简称为FKN机理。其主要的反应步骤及各步骤的速率或速率系数归纳如下：表1.FKN机理序号机理步骤速率或速率常数(1)HOBr+B广+H+DBq+H2Ok{=8xl09m€>Z~2-dm6-5_Ik_}=1IO/(2)HBrO,+Br~+H十」^2HOBrk2=2xlQl)mol~2•dm6•s~l(3)BrO；+Br~+2H+—HBrO2+HOBr心=2.1/nol~3-dm9-5_l(4)2HB

4、rO2—BrO；+HOBr+H+k4=4xl07m

5、H+2C0°+5/T_JxW-2[Ce4+][BrMA]9-0.20+[BrMAl(10)Br,+HCOOH细>2B广+CO,+2H十z7.5x107[弘][HCOOH]kg=10[H+]注:ki代表第i个反应步骤的速率,MA和BrMA分别为CH2(C00H)2fllBrCH(COO102的缩写。按照FKN机理，可对化学振荡现彖解释如下：当［13广］较大时，反应主要按表中的(1)、(2)、(3)进行，总反应为：BrO；+53厂一+6H*T3叭+3HQ(11)生成的B“按步骤(7)消耗掉。步骤(1)、(2)、(3)、(7)组成了

6、一条反应链，称为过程A,其总反应为：BrO；+2Br~+3CH2(COOH)2+3W+3BrCH(COOH)2+3H2O(12)当［Br—］较小时，反应按步骤(5)和(6)进行，总反应为：2Ce3++BrO~+HBrO2+3/TT2Ce4++2HBrO2+H2O(13)步骤(5)为该反应的速度控制步骤((5)的逆反应速率可忽略)，这样有=伦］(14)dt~上式表明HBrO2的生成具有自催化的特点，但HBrO2的增长要受到步骤(4)的限制。(4)、(5)、(6)组成了另一个反应链，称为过程B。其总反应为：BrO~+4Ce3++5H

7、JHOBr+4Ce4++20。(15)最后Br一可通过步骤(9)和(10)而获得再生，这一过程叫做C。总反应为:HOBr+4Ce4++BrCH(COOH)2+H20T2Br~+4Ce3++3CO2+6H+(16)过程A、B、C合起来组成了反应系统屮的一个振荡周期。当［Bk］足够大时，HBrO2按A中的步骤(2)消耗。随着［Br_］的降低，B中的步骤(5)对IIBrOz的竞争愈来愈重要。当压广］达到某个临界值［鸟「一］时，自催化步骤(5)引起的HBrOr的生成速率正好等于过程A中由步骤(2)引起的HBiU的消耗速率，即cHHB®］

8、=&［BrQ-］［HBr()2］［H+］-Z:2［Br_］［HBrO2］［H+］=0(17)rtl(17)式易得：［弘一］=卩［於0门(18)o若已知实验的初始浓度［BrO-］.增加，导致［Br-J通过反应步骤(2)而迅速下降。于是系统的主要过程从A转换到B。B