实验1 B-Z振荡反应.pdf.pdf

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1、普通化学I实验实验一B-Z振荡反应一、实验目的1.了解B-Z振荡反应的原理。2.观察化学振荡反应现象。3.学习测定振荡周期和调控化学振荡反应。二、实验原理一般化学反应中，反应物与产物的浓度均单方向（降低或增高）变化，最终达到平衡，各物质浓度不随时间变化。而在某些化学反应系统中，有些组分的浓度忽高忽低，呈现周期性变化，这种现象叫化学振荡，这类反应称为振荡反应。20世纪50年代，别洛索夫(Belousov)首次报道了在铈离子催化下，柠檬酸被溴酸氧化时，可呈现化学振荡现象。此后，扎勃丁斯基(Zhabotinsky)对化学振荡进行了更深入的研究，证明化学振荡体系还能呈现空间有序周期

2、性变化。目前已发现，除柠檬酸外，丙二酸、丁酮二酸等有机酸分别被溴酸氧化时，也都会出现振荡现象。而且除铈离子外，铁离子等也有催化作用，这类含溴酸盐的反应统称为B-Z振荡反应。由于化学振荡现象直观地展现了科学领域中普遍存在的非平衡非线性问题，因此成为化学中的新领域。在振荡反应系统中，当组分的浓度呈现周期性的变化时，在适当条件下能形成漂亮的图案，如同在平静的水面上投入了一块石子后所呈现的涟漪传播，通常把这种运动的图案称为空间化学波。关于B-Z振荡反应的机理可简单表述如下。假设含溴酸盐溶液反应系统中存在A、B、C3个过程：过程A：BrO2Br3CHCOOH3H

3、3BrCHCOOH3HO32222过程B：34BrO4Ce5HHOBr4Ce2HO32过程C：4-3HOBr4CeBrCHCOOHHO2Br4Ce3CO6H222这3个过程合起来就构成一个反应的振荡周期。当cBr足够大时，反应按过程A进行，随着cBr降低，反应从按过程A切换到--按过程B进行，最后通过过程C使Br离子再生，因此，Br离子在此振荡反应中相当于一个“选择开关”，而铈离子在反应中起催化作用，催化过程B和过程C。由此可见，反应中1普通化学I实验4343cBr和cCe/cCe随时间周期性变化

4、，由于Ce为黄色，Ce为无色，所以反应液的颜色就在黄色和无色之间振荡。如果向上述反应液中滴加适量的邻菲罗啉亚铁溶液，则反应液的颜色就会在蓝色与红32色之间振荡。此时，如同铈离子一样，铁离子对反应能起催化作用，致使cFe/cFe32随时间周期性变化，其中，Fe与邻菲罗啉生成蓝色配合物，Fe与邻菲罗啉生成红色配合物。三、实验仪器和试剂[a,b]仪器：秒表，培养皿，烧杯，玻璃棒，量筒，试管，试管架，温度计试剂：氯化钾（A.R.），硝酸铈铵（A.R.），溴酸钾（A.R.），邻菲罗啉（A.R.），硫酸亚铁（C.P.），丙二酸（C.P.），硫酸（A.R.）9mol/L硫

5、酸溶液、0.1mol/L的氯化钾溶液。A液：用电子天平称取3g丙二酸放入100mL烧杯中，加入47mL去离子水，用玻璃棒搅拌溶解后，小心加入3mL浓硫酸，再加入0.2g硝酸铈铵颗粒，搅拌溶解。B液：用电子天平称取2.5g溴酸钾放入100mL烧杯中，加入50mL去离子水，用玻璃棒搅拌溶解。邻菲罗啉亚铁指示剂：用电子天平称取0.7g硫酸亚铁和0.5g邻菲罗啉颗粒放入100mL烧杯中，加入50mL去离子水，用玻璃棒搅拌溶解。四、实验步骤1.观察化学振荡现象(1)用10mL量筒分别量取8mL的A液和8mL的B液，倒入100mL烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀，1~2min后，观察并记录溶液

6、颜色的变化及时间（观察并记录4个周期时间间隔）。(2)在上述溶液中，再滴加5滴邻菲罗啉亚铁指示剂[c]，用玻棒搅拌均匀后可观察到溶液颜色在蓝色和红色之间振荡，观察并记录6个周期时间间隔。同时观察气体释放情况（观察时可轻轻拿起悬空观察）。(3)向培养皿中分别加入4mL的A液和4mL的B液，再滴加10滴的邻菲罗啉亚铁指示剂，充分混合均匀后，将培养皿水平放在桌面上。这时培养皿中溶液先呈均匀的红色，片刻后呈现蓝色环状，向外扩展，形成各种同心圆图案。摇动培养皿后再静置，会再有新的图案出现。如果倾斜培养皿，使其中一些同心圆被破坏，则可观察到新图案的形成。这些化学波现象能维持1h左右，认

7、真观察，在实验报告上画出两个精彩的示意图。2.化学振荡反应的调控2普通化学I实验(1)再现振荡。用量筒分别量取4mL的A液和4mL的B液，并倒入25mL烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀。当烧杯中的混合液颜色不再变化，停止振荡时，向混合液中再加入1mL的B液，混合均匀后，记录现象。(2)加快振荡。用量筒从上述[1(2)]的溶液中量取8mL液体于另一洁净的25mL小烧杯中，用玻璃棒边搅拌边滴加10滴9mol/L硫酸溶液，观察振荡反应，记录6个周期，并与[1(2)]中的振荡周期相比较。(3)抑制振荡。向[2(2)]的混合液中加入