bz化学振荡反应实验报告

bz化学振荡反应实验报告篇一:BZ振荡反应实验报告B-Z振荡反应华天瑞2013030020/生34同组:于泽铭实验日期2014/10/18，提交报告日期2014/10/24指导教师:袁斌1引言实验目的?了解Belousov-Zhabotinski反应的机理?通过测定电位-时间曲线球的振荡反应的表观活化能实验原理?化学震荡:反映系统中某些物理量(如组分浓度)随时间做周期性变化?B-Z反应机理:在硫酸介质中以金属铈离子做催化剂的条件下，丙二酸被溴酸氧化——FKN机理(共十步)系统中[Br-]、[HBrO2]，[Ce4+]/[Ce3+]都随时间做周期性的变化。?测量及数据:我们用溴离子选择电极和铂丝电极分别测定[Br-]和[Ce4+]/[Ce3+]随时间变化的曲线，处理数据得到诱导期时间及震荡周期。由1/t诱，1/t振分别衡量诱导期和振荡周期反应速率的快慢，综合不同温度下的t诱和t振，估算表观活化能E诱，E振。2实验操作2.1实验药品、仪器型号及测试装置示意图计算机及接口一套，HS-4型精密恒温浴槽，电磁搅拌器，反应器*1，铂电极*1，饱和甘汞电极*1，滴瓶*3，量筒*3，2mL移液管*1，洗瓶*1，镊子*10.02mol?L-1硝酸铈铵，0.5mol?L-1丙二酸，0.2mol?L-1溴酸钾，0.8mol?L-1硫酸测试装置示意如右图。2.2实验条件(实验温度、湿度、压力等)恒温浴槽分别取20?，24?，28?，32?，35?图12.3实验操作步骤及方法要点1.检查仪器药品(注意是否需要补加饱和甘汞电极及盐桥中的溶液)2.按装置图接好线路，接通相应设备电源，准备数据采集3.调节恒温槽温度为20?，分别取7mL丙二酸，15mL溴酸钾，18mL硫酸溶液于干净的反应器中，开动搅拌(注意磁子位置，水波位置，不可打到电极)。打开数据记录设备，开始数据采集，待基线走平稳后用移液管加入2mL硝酸铈铵溶液4.观察溶液颜色变化，观察反映曲线，出现振荡后待振荡周期完整重复8次后停止数据记录，保存数据文件，记录恒温槽温度，读出相应诱导期t诱，振荡周期t振。5.升高温度(24?，28?，32?，35?)，重复3、4步3结果与讨论3.1原始实验数据3.1.1原始数据加入硝酸铈铵溶液后，反应器中溶液马上呈浅黄色，约600s后出现第一组振动曲线，每组完成时间随温度升高逐渐缩短。实验记录原始数据如下表1:原始数据3.1.2振荡曲线图2:振荡曲线(20.00?)图3:振荡曲线(24.00?)图4:振荡曲线(28.00?)图5:振荡曲线(32.00?)图6:振荡曲线(35.00?)如图2-图6，曲线左侧波动显示加入硝酸铈铵的时间，之后长而平缓的曲线为诱导期，至第一次明显下降开始诱导期结束，振动周期开始。3.1.33.2计算的数据、结果在BZ振荡数据处理软件中分别取诱导期起点、终点，以及8次振荡周期最高点作为周期点，计算得出诱导期t诱，振荡周期t振。由:t诱r诱=常数又由:lnk=lnA-从而:EaRTln1/t诱=lnA-EaRT分别作ln(1/t诱)-1/T，ln(1/t振)-1/T图，由直线斜率可求出表观活化能。首先计算ln(1/t诱)，ln(1/t振)，1/T数据如下表:用Origin8.0描点，多项式拟合作曲线，如下图3、4所示:图3:ln(1/t诱)-1/T拟合图4:ln(1/t振)-1/T拟合由“BZ振荡反应”软件，Origin8.0分别计算得到诱导期表观活化能，振荡期表观活化能，数据如下表:表3:表观活化能计算结果诱振。可知，振荡期表观活化能测定较为准确，而诱导期存在较大失误差。分析原因，本实验由曲线选取诱导期终点时并无精确的标准，而是人工从光滑曲线上选取。我在选取时，五组数据统一选取光滑转弯曲率最大的时间点。同意选取可消除组间误差，但无法消除与理论值以及平行实验者之间的误差。同时，实验室软件所得数据拟合R数值显示线性程度较高，故实验过程中温度、试剂量均较稳定准确。对于Origin8.0处理获得的数据，R为0.98左右，考虑可能因为ln(1/t诱)，ln(1/t振)，1/T的数值为手动计算器分别计算后用于描点，有效位数等与实验室软件处理不同，故结果有差异。3.3讨论分析3.3.1原始数据的采集实验原始数据由“BZ振荡反应”软件计算得出，需手动选取点，此操作存在误差，相同操作两次得出结果可能存在差异。例如下表4为第一次选点所得结果，与上表1(第二次选点)对比有差异。考虑第一次使用数据处理软件，操作存在偏差。且诱导期起点、终点选择不确定性太大。我认为应对此进行更明确的规定，可大幅消除实验者不同而产生的数据差异。3.3.2溴离子选择电极和铂丝电极对[Br-]、[Ce4+]/[Ce3+]的测定原理对离子交换电极，有:Ex?E0?2.303RTlgfxcxnF其中Ex为欲测电势，E0为标准电势，R为气体常量，T为绝对温度，F为法拉第常数。Fx为活度系数，cx为浓度。可见它的电位对溶液中给定的离子的活度的对数呈线性关系。篇二:物理化学实验报告BZ振荡反应物理化学实验报告BZ振荡反应1.实验报告(1)了解BZ反应的基本原理。(2)观察化学振荡现象。(3)练习用微机处理实验数据和作图。2.实验原理化学振荡:反应系统中某些物理量随时间作周期性的变化。BZ体系是指由溴酸盐，有机物在酸性介质中，在有(或无)金属离子催化剂作用下构成的体系。有苏联科学家Belousov发现，后经Zhabotinski发现而得名。?本实验以BrO3~Ce~CH2(COOH)2~H2SO4作为反映体系。该体系的总反应为:+4?2H??2BrO3?2CH2?COOH?2???2BrCH?COOH?2?3CO2?4H2O1体系中存在着下面的反应过程。过程A:K2?BrO3?Br??2H????HBrO2?HOBr23K3HBrO2?Br??H????2HOBr过程B:K4?BrO3?HBrO2?H????2BrO2?H2O456K5BrO2?Ce?3?H????HBrO2?Ce?4K6-2HBrO2???BrO3?HOBr?H?Br的再生过程:-4Ce?4?BrCH?COOH?2?H2O?HOBr???2Br?4Ce?3CO2?6H-K7??3?当[Br]足够高时，主要发生过程A，2反应是速率控制步骤。研究表明，当达到准定态时，有?HBrO2??-K2?BrO3H?。K3????+3当[Br]低时，发生过程B，Ce被氧化。4反应是速率控制步骤。4.5反应将自催化产生HBrO2，达到准定态时，有?HBrO2??-K4?BrO3H?。2K6????-??可以看出:Br和BrO3是竞争HbrO2的。当K3[Br]>K4[BrO3]时，自催化过程不可能发生。自催化是BZ振荡反应中必不可少的步骤，否则该振荡不能发生。研究表明，Br的临界浓度为:-?Br?-crit?K4??BrO3?5?10?6BrO3K3?????若已知实验的初始浓度[BrO3]，可由上式估算[Br]crit。-体系中存在着两个受溴离子浓度控制的过程A和过程B，当[Br]高于临界浓度[Br]crit时发生过程A，当[Br]低于[Br]crit时发生过程B。[Br]起着开关的作用，他控制着A,B之间的变化。这样体系就在过程A、过程B间往复振荡。在反应进行时，系统中[Br]、[HbrO2]、[Ce]、[Ce]都随时间作周期性的变化，实验中，可以用溴离子选择电极测定[Br]，用铂丝电极测定[Ce]、[Ce]随时间变化的曲线。溶液的颜色在黄色和无色之间振荡，若再加入适量的FeSO4邻菲咯啉溶液，溶液的颜色将在蓝色和红色之间振荡。从加入硫酸铈铵到开始振荡的时间为t诱，诱导期与反应速率成反比。即-+4+3-+3+4-----??E表?1??k?Aexp???t诱?RT?并得到?1ln??t?诱?E?,lnA-表?RT??1?1?作图ln??t?,T，根据斜率求出表观活化能E表。?诱?本实验使用的BZ反应数据采集接口系统，并与微型计算机相连。通过接口系统测定电极的电势信号，经通讯口传送到PC。自动采集处理数据。3.实验仪器与试剂BZ反应数据采集接口系统恒温槽溴酸钾0.25mol?dm磁力搅拌器硫酸3.00mol?dm丙二酸0.45mol?dm硫酸铈铵4×10mol?dm微型计算机反应器4.实验步骤(1)连接电极，将铂电极接入电压输出正端，参比电极接入电压输出负端。(2)接通恒温槽，调节设定温度至30。启动微机，进入主菜单，打开BZ振荡反应数据采-3-3-3-3-3集接口装置。(3)参数设置菜单中的参数直接使用实验预设的，不必变动。(4)等待恒温槽达到设定的温度，软件窗口出现提示。(5)在反应器内加入丙二酸溶液，硫酸溶液，溴酸钾溶液的混合溶液，每种溶液8ml。取硫酸铈铵溶液8ml于锥形瓶中，放入恒温槽内。(6)5min后，开始实验，将之前准备好的硫酸铈铵溶液倒入反应器中，同时单击记录数据，系统开始采集电位信号。(7)注意观察反应器中颜色变化，同时观察波形，当画完10完整波形后，点击停止采集。(8)倒掉反应器中的溶液，用去离子水冲洗反应器和所用电极。(9)同时调节恒温槽的温度使其升高3度，并电极软件上的“下一次实验”，调整预设温度至33，确定。(10)重复以上的步骤，每次测量都需要调节温度，并洗刷反应器和电极。(11)实验完毕后，将原始数据拷贝，关闭仪器电源，冲洗电极和反应器。5.实验数据及处理本实验采用A处理方法。(1)各温度下的电位-时间图像原始数据中存在一些干扰数据，将干扰数据剔除后作出如下图像。30?电位-时间图YAxisTitleXAxisTitle33?电位-时间图YAxisTitleXAxisTitle36?电位-时间图YAxisTitleXAxisTitle39?电位-时间图YAxisTitleXAxisTitle计算所绘制的曲线的十个波峰值的平均值，确定此电位差值所对应的时间，这就是起波时间。(2)作出ln?(t)-T锈11BA斜率值为-4080.607?1根据ln??t?诱?E?,lnA-表可求得??表=-8.314*(-4080.607)=33929.16J/mol?RT?对于振荡曲线就是由于Br?浓度的高低会有两种反应过程，Br?浓度的高低会决定具体反应的过程，而铂电极是用来Ce+4,Ce+3浓度的变化，恰好是反应过程B中有Ce+4,Ce+3的参与，所以曲线的这种振荡表示的是Ce+4,Ce+3浓度的周期性变化，也就间接的表示了Br?浓度的周期性变化。6.数据分析篇三:BZ振荡反应实验报告学院:理学院专业:应用化学指导教师:实验时间:姓名:学号:BZ振荡反应实验摘要:本文用铂电极及217型甘汞电极做参比电极测定了B-Z振荡反应的电位变化曲线，通过改变温度、酸度及KBrO3浓度观察对反应诱导期、振荡周期的影响，获得了表观活化能等参数。关键词:B-Z振荡反应、温度、酸度、浓度、变化1、前言1.1BZ振荡反应历史化学振荡反应是具有非线性动力学微分速率方程，是在开放体系中进行的远离平衡的一类反应。体系与外界环境交换物质和能量的同时，通过采用适当的有序结构状态耗散环境传来的物质和能量。这类反应与通常的化学反应不同，它并非总是趋向于平衡态的。1921年，伯克利加州大学的布雷(Bray，William)在用碘作催化剂使过氧化氢分解为水和氧气时，第一次发现了振荡式的化学反应。但依据经典热力学第二定律，认为任何化学反应只能走向退化的平衡态，因而当时的化学家否定了这个发现。1952年，英国数学家图灵通过数学计算的方法，在理论上预见了化学振荡这类现象的可能性。1958年，俄国化学家别洛索夫(Belousov)和扎鲍廷斯基(Zhabotinskii)首次报道了以金属铈作催化剂，柠檬酸在酸性条件下被溴酸钾氧化时可呈现化学振荡现象:溶液在无色和淡黄色两种状态间进行着规则的周期振荡。该反应即被称为Belousov-Zhabotinskii反应，简称B-Z反应。1969年，现代动力学奠基人普里戈金提出耗散结构理论，人们才清楚的认识到振荡反应产生的原因:当体系远离平衡态时，即在非平衡非线性区，无序的均匀态并不总是稳定的。在特定的动力学条件下，无序的均匀定态可以失去稳定性，产生时空有序的状态，这种状态称之为耗散结构。例如浓度随时间有序的变化(化学振荡)，浓度随时间和空间有序的变化(化学波)等。耗散结构理论的建立为振荡反应提供了理论基础，从此，振荡反应赢得了重视，(本文来自:www.hnBoXu.COM博旭 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网:bz化学振荡反应实验报告)它的研究得到了迅速发展。化学振荡是一类机理非常复杂的化学过程，Field、Koros、Noyes三位科学家经过四年的努力，于1972年提出俄勒冈(FKN)模型，用来解释并描述B-Z振荡反应的很多性质。该模型包括20个基元反应步骤，其中三个有关的变量通过三个非线性微分方程组成的方程组联系起来，该模型如此复杂以至20世纪的数学尚不能一般地解出这类问题，只能引入各种近似方法。测定、研究BZ化学振荡反应可采用离子选择性电极法、分光光度法和电化学等方法。1.2反应原理将含有溴酸钾、丙二酸的溶液与溶于硫酸的硝酸铈(铵)溶液混合，由于Ce4+呈黄色而Ce3+无色，反应中还可以观察到体系在黄色和无色之间作周期性的振荡。丙二酸在硫酸介质中及金属铈离子的催化作用下被溴酸氧化。在过量丙二酸存在时，净反应过程为:2BrO3-+3CH2(COOH)2+2H+=2BrCH(COOH)2+3CO2?+4H2O根据FKN机理，B-Z振荡不少于11个元反应，若抓住其中三个关键物质，HBrO2、Br-、Ce4+/Ce3+，则可以简化为用6个元反应来描述:过程A:当[Br-]足够大时(1)BrO3-+Br-+2H+?HBrO2+HOBr(慢)(2)HBrO2+Br-+H+?HOBr(快)(注:此处HOBr一旦生成，立即与丙二酸反应，被消耗)。过程B:当[Br-]较小时，Ce3+按下式被氧化。(3)BrO3-+HBrO2+H+?2BrO2+H2O(慢)(4)BrO2+Ce3++H+?HBrO2+Ce4+(快)-(5)2HBrO2?BrO3+HOBr+H+过程C:溴离子Br?再生(6)4Ce4++BrCH(COOH)2+H2O+HOBr?2Br-+4Ce3++3CO2+6H+过程A、B、C合起来组成反应系统中一个振荡周期。从过程B看出，当[Br-]较小时，HBrO2的生成具有自催的特点。当[Br-]足够大时，HBrO2按反应(2)消耗，随着[Br-]的降低，反应(3)同时对HBrO2的竞争，当[Br-]达到某临界值[Br-]临界时，过程B中自催化引起HBrO2的生成速率正好等于过程A中HBrO2的消耗速率。若体系中[Br-]<[Br-]临界，[HBrO2]通过自催化迅速增加，而导致[Br?]通过反应(2)迅速下降，系统的主要过程从A过程切换到B过程，最后通过C过程使Br?再生。若体系中[Br-]>[Br-]临界，体系中HBrO2的自催化生成受到抑制，系统又从B过程切换到A过程，从而完成一个循环。可见当[Br-]足够大时，反应按A过程进行;随着[Br-]下降，反应从A切换到B过程，通过C过程使Br-再生，因此，Br-在振荡反应中相当于“选择开关”作用。而铈离子在反应中起催化作用，催化B过程和C过程。通过B-Z振荡曲线，可以了解研究其反应，由于反应中[Br-]和[Ce4+]/[Ce3+]随时间作周期性变化，在实验中，用溴离子选择电极、铂电极分别测定[Br-]和[Ce4+]/[Ce3+]随时间的变化曲线。1.3其他BZ振荡反应,,，,,,(,,,),,,,,,,,,,,(,,,,),,,,,,,化学振荡反应酸衍生物与丙酮作混合底物的,,共振荡反应?—,,,,,(,,,,),,,,(,,,),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,乳酸-丙酮-BrO_3~--Mn~(2+)-H_2SO_4NaBrO_3-CH_2(COOH)_2-H_3PO_4-CuL~(2+)2、实验部分2.1 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 (1)控制温度为25?，KBrO3浓度为0.25mol/l，再依次改变H2SO4浓度，H2SO4浓度分别为2.0、2.5、3.0、3.5、4.0mol/l。(2)控制温度为25?，H2SO4浓度为3.0mol/l，再依次改变KBrO3浓度，KBrO3浓度分别为0.15、0.20、0.25、0.30、0.35mol/l。(3)控制H2SO4浓度为3.0mol/l、KBrO3浓度为0.25mol/l，再依次改变温度，温度分别为25、30、35、40、45?。