BZ振荡反应实验报告

B-Z振荡反应

实验日期20##/10/18 ，提交报告日期20##/10/24

指导教师：

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*1

0.02mol•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1

2.3 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

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。

3.1.3 实验室软件拟合结果

3.2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：

ln1/t诱 =lnA-

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：

表2：计算过程

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，Origin 8.0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

二者差别不大，因原始数据相同。但经过查阅文献，知E诱 =35.45 kJ/mol，E振 =63.79 kJ/mol。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^2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Origin 8.0 处理获得的数据，R^2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。

表4