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BZ振荡实验
一、实验目得及要求
　　1、了解BZ(Belousov－Ｚhobotinskｉ)振荡反应得基本原理,观察BZ化学振荡实验。
２、了解化学振荡反应中得电势测定方法,通过测定电位-时间曲线求得化学振荡反应得表观活化能。
二、实验原理
　　 1、ＢＺ振荡反应
化学振荡就是指反应系统中得某些量（如某组分得浓度)随时间做周期性得变化。BZ振荡实验就是由贝诺索夫(Ｂｅｌouｓov)与柴波廷斯基（Zhobｏtinskｉ)发现与发展起来得,就是指在酸性介质中，有机物在有金属离子催化得条件下被溴酸盐氧化,某些组分得浓度发生周期性得变化。
大量实验研究表明，化学振荡反应得发生必须满足三个条件:（１)必须就是远离平衡态体系;(2）反应历程中含有自催化步骤;(3）体系必须具有双稳态性，即可在稳态间来回振荡。
2、ＦKN机理
菲尔德（Fiｅｌd）、科罗什(Ｋｏros）、诺伊斯(Noyes)三位科学家对BＺ振荡反应实验进行了解释,称为FKＮ机理。下面以BrＯ３~Ce４+～ＣH2(COOH)2～Ｈ２ＳO4体系为例说明。在该体系中发生得总反应为：

该反应得得核心内容就是系统中存在受Bｒ－浓度控制得Ａ与B两个过程。具体得说,当Br-得浓度高于某个浓度(这个浓度被称为临界浓度C临)时,BrＯ3-被还原成Br2,即发生A过程。
过程A：

(注:HＯBr产生后立即被丙二酸消耗，反应过程如下:

  当Br-得浓度低于临界浓度时,或者说Br－得浓度较低时,Ce3+被氧化为Ｃｅ4＋,发生Ｂ过程。ﻫ
过程B:

    (自由基反应瞬间完成）

Br-再生过程:

   过程A就是消耗Br-并产生能进一步发生反应得HＢｒO2，HOBｒ就是中间产物,产生之后立即被丙二酸消耗。
过程Ｂ就是一个自催化得过程(HBｒO２充当催化剂),在Bｒ－消耗到一定程度后,HBrO2才按③ 与④ 进行，并使反应不断加速,与此同时，Ce３+被氧化为Ｃｅ４+。HBrO２得累积还受⑤得制约。
⑥反应为丙二酸被溴化为BｒCＨ(CＯＯH)2,与Ｃe4+反应生成Br-使Ce4＋转化为Ce3＋。这个反应使得Br－与Ce3+再生,形成周期振荡,并且控制Ａ过程与B过程发生得离子就是Br-。
　 　３、Bｒ-得临界浓度
过程A中,慢反应②控制整个Ａ过程得速度,当过程A达到准定态,即υ①＝υ②,这时:
k1[BｒO3-][Br－][H＋]2=k2［HＢｒO２][Ｂr-][H+]，得:[ＨBrO2]A=k1/k2[BrO3-][H+]。
　过程B中,慢反应③产生得自由基ＢrO2·立即反应，当反应达到准定态，即υ③=υ⑤,这时
k3［BrO3-][HBrO2][H+]=ｋ5[HBrO2］2,得：[HBrO2]B=k3/ｋ5［BrO3-］[H+]。
观察②反应与③反应,Br－与BrO3-均要与ＨBrO2反应,形成竞争反应。当
k2[ＨBrＯ2］［Br-][H＋]＞k3［ＢrO３－][HBｒＯ2]［H+]时,即ｋ２[Br－]>k5[BrＯ3-］时,反应②进行,反应③不能进行。而k2[Bｒ－]<ｋ3[BｒO３-］时,反应②不能进行,反应③进行。所以Br-临界浓度为
［Ｂr-］临=ｋ3/k2［ＢrO3-］＝5×1０-6[BrO3－］。
    ４、实验方法
本实验采用电化学方法,即在不同得温度下通过测定因[Ce３+]与[Ｃe4＋］之比产生得电势随时间变化得曲线，分别从曲线中得到诱导时间(tu)与振荡周期(tz)。改变体系温度,可以发现,lｎ(1/ｔu)、ln（1/tz)均与温度呈线性关系,即
　ln(１/tu)=—Eu／RT+Ｃ1
　 　 ln（1/ｔz)=—Eｚ/RT+C2
式中,Ｃ1、C2为常数;Ｅu与Ez分别为诱导期与振荡期得表观活化能，单位为ｋJ·mol－1。

三、实验仪器与试剂
  　实验仪器:ZD-BZ振荡仪器、超级恒温槽、217型甘汞电极、铂电极、移液管
   实验试剂：０、００5mｏl·Ｌ－1硫酸铈铵 　　3ｍol·L-１H2ＳO4
　　 　０、4mol·L-１丙二酸　 0、2ｍoｌ·L－1KBｒＯ3
四、实验步骤
　 1、电极准备。配制１ｍol/Ｌ得硫酸溶液，装入饱与甘汞电极中。
    2、分别用蒸馏水配制0、005mol·L-１硫酸铈铵(必须在0、2mol·Ｌ－1H2SO４中配制) 、3ｍol·L－１H2SO４、0、４mol·L－1丙二酸 、0、2ｍol·L－１KBrＯ3各10０ｍL。
3、连接实验仪器,打开仪器电源预热,同时开启恒温槽得电源,并调节温度为30oC,打开恒温槽得循环水开关。
4、移取配好得硫酸铈铵、硫酸与丙二酸溶液各10mL于已洗干净得电解杯中，同时移取10mL溴酸钾在恒温槽中恒温。调节电磁搅拌得旋钮,使搅拌子以合适得速度转动,并将电势选为2V档。将短接线插入正负电极，按清零键，消除系统误差。分别将饱与甘汞电极与铂电极插入电解池,并甘汞电极另一端接负极,铂电极一端接正极。
５、打开桌面上得ＢZ振荡实验系统,点击运行按钮。当示数基本不发生变化时加入恒温得溴酸钾溶液,观察曲线变化。记录3-4个完整周期即可停止实验。
6、改变恒温槽温度,重复上述步骤。
五、数据处理
１、分别记录各个温度下得电势并E－t图，求出各个温度下得诱导时间tu与振荡周期ｔz。
　 　　2、分别作ｌｎ(1／ｔｕ)-1／T与ln(1/tｚ)-1/T图,根据图中得直线斜率求出诱导活化能Eｕ与振荡活化能Ｅz。
温度(T)
１／T
ｔu
ln(１/tu)
tz
ln(1/tｚ)
30

35

40

４５

五、注意事项
　 1、硫酸铈铵必须在０、2mol·Ｌ-１H２SO4中配制,以防硫酸铈铵发生水解。
　　 　２、将溴酸钾放于恒温槽中恒温,恒温时间要在１0分钟以上。
３、电解池、电极等一切与溶液相接触得器皿一定要洗干净,这就是实验成败得关键。
　 4、实验过程中搅拌子得速度要保持一致。
5、浓硫酸稀释时注意酸加入水中。