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《物化实验c教学资料》实验报告bz

'《物化实验c教学资料》实验报告bz'
B-Z振荡反应姓名:张天翼 学号:2011011918 班级:材13 同组实验者:崔扬实验□期:2012.9.21 提交报告口期:2012. 9. 28实验老师:王溢磊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. 通过测定电位一一时间曲线求得振荡反应的表观活化能。1. 2实验原理化学振荡的定义:反应系统屮某些物理量如组分的浓度随时I'可作周期性的变化。B?Z振荡的定义:在金属肺离子、铁离子和镒离子等的催化下,柠檬酸等有机酸(如丙 二酸、苹果酸、丁酮二酸等)的浪酸氧化反应系统能出现化学振荡现象。人们笼统地称这类 反应为B-Z反应。由实验测得的B-Z体系典型飾离子和漠离了浓度的振荡曲线如图1所示:030000005020105210521〔+101823T30O9叫51XB-Z体系典型肺离子和漠离子浓度的振荡曲线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肺离子作催化剂 的条件下,丙二酸被漠酸氧化的机理,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:FKN机理序号 机理步骤(1) HOB厂+B广+ /T 口 B^ + HQ(2) HBrO2 + " + /T —IHOBr(3)BrO; + Br~ + 2H + —HBrO2 + HOBr速率或速率常数k} = 8xl09mol~2 ? dm6 ? s~] 紀=110s"k2 = 2xl09mol~2 ? dm6 ? s~lk. = 2Amol~3 ? dm ? 5_1 (4)2HBrO2 —BrO~ + HOBr + H +k4 = 4xl07/7?r?/_, - dm1, -5_l(5)BrO; + HBrO. + FT 三 2BO +HQJk5 =1.0xl0Ss/—2.d〃6.「 k_5 = 2xWmo「' ? dm' ? s~'(6)BiO + Ce3+ + H+ It HBO + Ce4+快速(7)Br2 + MA^^BrMA + " + H 十k7 =1.3x10-2[W+][A^4](8)6C/++ + 2/0 —6C尹 + HCOOH + 2CO2 + 6H+8.8xlO 2[Ce4+][MA]8 ~ 0.53 +[MA](9)4C/+ +B 厂MA + 2H,O—M4Ce3+ + Br~ + HCOOH + 2CO2 + 5H +_ 1.7xl()-2[C/+][BrMA]9 - 0.20 +[BrMA](10)B\ + HCOOH ^^2Br- + CO, + 2H +,_1.5x\0~3[Br2][HCOOH]10 _ [H + ]注:ki代表第i个反应步骤的速率,MA和BrMA分别为CH2(COOH)2和BrCH(C00H)2的缩写。按照FKN机理,对化学振荡现象解释如下:当[BL]较大时,反应主要按表中的(1)、(2)、(3)进行,总反应为:BrO; +5BL +6H十3Br2 +3比0 (11)生成的按步骤(7)消耗掉。步骤(1)、(2)、(3)、(7)组成了一条反应链,称为过 程A,其总反应为:BfO; + 2B疔 +3CH2(COOH)2+3H十 t3BrCH(COOH)2 +30。 (12)当[BrC较小时,反应按步骤(5)和(6)进行,总反应为:2Cei+ + BrO; + HBrO2 + 3H+ T 2Ce4+ + 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),这样有二 k5[BrO-][HBrO.][H + ] (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+ +5HJ HOBr + 4Ce4+ +2H.0 (15)最后可通过步骤(9)和(10)而获得再生,这一过程叫做C。总反应为:HOBr + 4C『+ + BrCH(COOH)2 + H2O T 2Br~ + 4Ce3+ + 3CO2 + 6H+ (16)过程A、B、C合起来组成了反应系统中的一个振荡周期。当血一]足够大时,HB2按A屮的步骤(2)消耗。随着商一]的降低,B屮的步骤(5) 对HBrO,的竞争愈来愈重要。当[Bk]达到某个临界值[%-]时,自催化步骤(5)引起的HBrO? 的生成速率正好等于过程A中由步骤(2)引起的HBrOz的消耗速率,即川HB?] = &[BrQ-][//+] - /: jBr-][HBrO. ][H+] = 0 (17)dt由(17)式易得:字[吨]当[Br~]> [Br_]时,[HBrO2]通过自催化反应(13)很快增加,导致[Br_]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中产生的C尹通过C使际一再生,[Br_] 慢慢冋升;当[Br_J>lBr~J时,体系中HBKh的白催化生成受到抑制,系统又从B转换到A, 从而完成一个循环。在本次实验屮,如果用1/t诱和1/t抿分别衡量诱导期和振荡周期反应速率的快慢,那么通 过测定不同温度下的t诱和t振可估算表观活化能E诱和E撮。2实验操作2.1实验药品、仪器型号及测试装置示意图实验药品:0.02mol?dm'3硝酸鋪钱;0.5mol?dm*3丙二酸;0.2mol?dm*3浪酸钾; 0.8mol ? dm'3 硫酸。实验仪器:大学化学实验计算机接口 清华大学化学系研制;高精度低温恒温槽: THGD-0506 宁波天恒仪器厂;78-2型双向磁力加热搅拌器江苏省金坛市荣华仪器有 限公司;反应器1个;钳电极1个;饱和甘汞电极1个;滴瓶3个;25ml量筒2个;10ml 量筒1个;2ml移液管1支;烧杯2个;洗瓶1个;银子1把。实验装置图:: 2. 2实验条件实验时室温为26.0°C,湿度为40. 2%,压力为101. lkPao在反应过程中,分别设定反 应温度为25°C、28°C、30°C、32°C、35°C进行5组实验。2.3实验操作步骤及方法要点1检查仪器药品。2 按装置图接好线路。3接通相应设备电源,准备数据采集。4 调节恒温槽温度为25°Co分别取7ml丙二酸、I5ml漠酸钾、18ml硫酸溶液于干净的反 应器中,开动搅拌。打开数据记录设备,开始数据采集,待基线走稳后(约300s),用 移液管加入2ml硝酸肺镀溶液。5 观察溶液的颜色变化,观察反应曲线,出现振荡后,待振荡周期完整重复8?10次后, 停止数据记录,保存数据文件。6 升高温度2?3°C,重复步骤4和5,直到35°C。7 退出数据采集■振荡反应界面。进入B-Z振荡反应数据处理软件,点
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