物化实验-b-z振荡反应

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1、B-Z振荡反应姓名：卢巍学号：2005011871班级：化53同组者姓名：须丹丹实验FI期：2007年1211R提交报告口期：2007年12月25口指导教师：麻英1引言1.1实验目的1.了解Belousov-Zhabotinski反应（简称B-Z反应）的机理。2.通过测定电位——时间Illi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中某些物理量如组分的浓度随时间作周期性的变化。1958年，Belousov首次报道在以金属鋪离子作催化剂的条件F，柠檬酸被滉酸氧化的均相系统可呈现这种化学振荡现象。随后，Zhabotinsky继续了该反应的

2、研究。到目前为止，人们发现了一大批可呈现化学振荡现象的含澳酸盐的反应系统。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）的混酸氧化反应系统能出现振荡现彖，而且所用的催化剂也不限于金属鋪离了，铁和镒等金属离了可起同样的作丿IJ。后來，人们笼统地称这类反应为B-Z反应。口前，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体系典型钟离了和漠离子浓度的振荡曲线如图2-11-1所示。*■030*60090120015Q0图2-11-1：B-Z体系典型鋪离子和混离子浓度的振

3、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钝离子作催化剂的条件卜丙二酸被滉酸氧化的机理，简称为FKN机理。其主耍的反应步骤及各步骤的速率或速率系数归纳如下表：表2-11-1FKN机理序号机理步骤・速率或速率常数(1)HOBr+B广+于攵人>Br’+HQ=8xl09mol~2•dm6-s~}k_{=ll0s~l(2)HBO+Br-+H+^^2HOBrk2=mol~2-dm6(3)BrO~+Br~+2H+—HBrO2+HOBrk.3=2Amor3•dm9•s~l(4)2HBO—BrO~+HOBr+H+k4=4xl07mp/_,-dm

4、3-s~lk.=1.0x10°wo广2-dmb-s~[(5)BrO；+HBrO.+H+《'>2BrO.+HQk_5=2xl07mor1-dm3•s~l(6)BrO.+Ce3++H+HBrO.+Ce4+快速(7)Br.+MA—+H+k==1.3><10-2[丹+]昭](8)6Ce4++AM+2HQ—;8.8xlO_2[Ce4+][MA]k*=6Ce3++HCOOH+2CO2+6H+0.53+[MA](9)4Ce4++BrMA+2比0—zUxlO~2[Ce4+][BrMA]心=4Ce3++Br~+HCOOH+2CQ+5H+90.20-}-[BrMA](10)B.

5、+HCOOH—2Br~+CQ+2/Th_1.5x~3[Br2][HCOOH]10"[HJ注：ki代表第i个反应步骤的速率，MA和BrMA分別为CH2(COOH)2和BrCH(COOH)2的缩写。按照FKN机理，可对化学振荡现象解释如下：当［B「］较大时，反应主要按表中的(1)、(2)、(3)进行，总反应为:按照FKN机理，可对化学振荡现象解释如下：当［B「］较大时，反应主要按表中的(1)、(2)、(3)进行，总反应为:BrO~+5Br~+6"t3Br2+3/72O(11)生成的B“按步骤(7)消耗掉。步骤(1)、(2)、(3)、(7)纟R成了一条反应链，

6、称为过程A,其总反应为：B©+2B/+3CH2(COOH)?+3H+3BrCH(COOH)2+3H2O(12)当［Biq较小时，反应按步骤(5)和(6)进行，总反应为：2Ce3++BrO；+HBrO2+3H*T2Ce4++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=k5［BrO-］［HBrO］［H+］(

7、4)dt~上式表明HBrO2的生成具冇自催化的特点，但HBO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±tHOBr+4Ce4

8、++2HQ(15)最后Br一可通过步骤(9)和(1())而获得再生，这一过程叫做C。总反应为：H0Br+4C/++BrCH(COOH),+HQT2B广+4CR++3C0°+6/T(16)过程A、B、C合起來组成了反应系统中的一个振荡周期。当［B「］足够大时,HBrCh按A中的步骤(2)消耗。随＜［Br_］的降低,B中的步骤(5)对HBrCh的竞争愈來愈重要。当回一]达到某个临界值[BL]时，自催化步骤(5)引起的HBrO2的生成速率正好等于过程A中山步骤(2)引起的HBrO2的消耗速率，即d[HBrO2]=k^BrQ-][H+]-k.[Br~][HBrO.]

9、[H+]=0(17)dt〜由(17)式易[Br_]=