物理化学实验报告
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BrO -
3
~ Ce +4 ~ CH 2(COOH)2 ~ H 2SO 4作为反映体系。该体系的总反应为：
()()O
4H 3CO COOH 2BrCH COOH 2CH 2BrO 2H 222223++−→−++-
+      1
体系中存在着下面的反应过程。 过程A ：
HOBr
HBrO 2H Br BrO 2K 32+−→−+++--
2 2HOBr H Br HBrO 3K 2−→−+++-
3
过程B ：
O
H 2BrO H HBrO BrO 22K 234+−→−+++-    4 42K 32Ce HBrO H Ce BrO 5++++−→−++    5 +
++−→−H HOBr BrO 2HBrO -3K 26
6
Br - 的再生过程：
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[][][]+
-
=H
BrO
K
K
HBrO
3
3
2
2
。
当[Br-]低时，发生过程B，Ce+3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[][][]+
-
≈H
BrO
2K
K
HBrO
3
6
4
2
。
可以看出：Br-和BrO-3是竞争HbrO2的。当K3 [Br- ]>K4[BrO-3]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：
若已知实验的初始浓度[BrO-3]，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。
化学实验报告在反应进行时，系统中[Br- ]、[HbrO2]、[Ce+3]、[Ce+4]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+4]、[Ce+3]随时间变化的曲线。溶液的颜在黄和无之间振荡，若再加入适量的FeSO4邻菲咯啉溶液，溶液的颜将在蓝和红之间振荡。
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
并得到
作图
⎪
⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
诱
t
1
ln
～T
1
，根据斜率求出表观活化能表
E。
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0.25 mol·dm-3磁力搅拌器硫酸3.00 mol·dm-3
丙二酸0.45mol·dm-3硫酸铈铵4×10-3 mol·dm-3
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 33℃电位-时间图 36℃电位-时间图 39℃电位-时间图
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。
序号 实际实验温度/K 起波时间/s 1 303.25 227.9 2 306.45 193.6 3 309.55 166.0 4
312.90
153.3
（2）作出ln?（1t 锈 ）- 1T 的图像 斜率值为-4080.607
根据RT E A t 表诱
＝-ln 1ln ⎪⎪⎭⎫  ⎝⎛可求得E 表 =-8.314*（-4080.607）=33929.16J/mol
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
拟合相关度为0.98348，说明拟合较好。但是前两组从拟合直线上还是能明显看出前两组数据偏差较大。本次试验的误差来源有如下几项：
（1）实验过程中温度有变化，从原始数据上可以很明显的看到反应初始温
度和反应结束的温度是不同的，而且均偏离预设温度，这说明反应的控温是不到位的。
（2）加入硫酸铈铵溶液和开始记录实验数据没有同步，这样可能会使起波时间受到一定影响，但是这个在时间上的影响对实验结果的影响并不大。（3）由于实验要求需要恒温硫酸铈铵溶液一段时间，但是在实验时可能溶液的温度还没有达到预定的温度就开始实验了。
（4）仪器本身也是存在一定误差的，从微机上做出的图像可以看出仪器本身对结果有一定的干扰。
7.思考题
（1）什么是化学振荡现象？产生化学振荡需要什么条件？
化学振荡就是反应系统中某些物理量随时间做周期性的变化。
发生化学振荡现象必须满足如下几个条件：
1.反应必须是敞开体系且远离平衡态；
2.反应历程中应包含自催化的步骤；
3.体系必须存在两个或两个以上的稳定状态。
（2）本实验中直接测定的是什么量？目的是什么？
本实验直接测定的是电位差，通过波形和电位差可以求出起波时间，根据起波时间和反应的温度求表观活化能。