09007220康晋霆BZ振荡实验报告

CH2(COOH)2－KBrO3体系的化学振荡反应

康晋霆 PB09007220

【摘要】 本实验主要对CH2(COOH)2－KBrO3反应体系的化学振荡现象进行了研究。实验中，我们改变体系反应的条件如温度，加入试剂的顺序以及更换反应物，对CH2(COOH)2－KBrO3反应体系的化学震荡的机理进行了探究 【关键词】 丙二酸 溴酸钾 化学振荡 振荡周期

1. 前言 化学振荡现象是化学反应系统的状态随时间周期变化的现

象，属于非线性动力学范畴。早在1921年，Bray就报道了在I2-HIO3作催化剂的条件下H2O2的催化分解在某些条件下呈现出明显的振荡现象。1958年，苏联化学家Belousov在硫酸介质中以铈离子作催化剂用溴酸盐氧化柠檬酸，1964年，Zhabotinsky报道了其它体系都出现了时空有序的振荡现象。因而后人称他们的研究为B-Z反应[1]。目前已经发现不但在许多化学系统而且在生物化学系统中，都广泛存在着化学振荡现象。这种现象引起了化学工作者以及物理、生物等学科工作者的浓厚兴趣。

自20世纪50年代以来，化学振荡在各个方面的应用日益广泛。1995年，Perez-Bendito D及其合作者报道了利用被测物质对化学振荡体系的脉冲扰动进行分析测定[2]，使化学振荡现象步入了分析检测实用阶段。而后发展起来的电化学振荡更广泛地运

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用于理论研究和实践，如仿生学、临床医学等。此外，在食 品检测与控制、环境保护等领域具有广阔的应用前景[3]。

本实验对CH2(COOH)2－KBrO3体系的BZ振荡反应进行了探讨，采用测量反应体系的电压随时间的变化来观察BZ振荡现象。主要研究了反应物不同的加入顺序、浓度、温度等对反应的影响，并采用动力学的方法对反应机理进行分析。

2. 实验部分

(一) 仪器与试剂

试剂：0.45M丙二酸，0.20M溴酸钾，3M浓硫酸，4

×10-3M硫酸铈铵，蒸馏水，乳酸，苹果酸，柠檬酸，碘酸钾，硫酸锰(均为分析纯)，5×10-3M Ru(bpy)32+（联吡啶钌）溶液

仪器：JB－1B型磁力搅拌器 上海雷磁新泾仪

器有限公司；

N2000双通道色谱工作站 浙江大学智能信

息工程研究所；

HS－4精密恒温浴槽 成都仪器厂 (二) 实验过程

1. 不同的反应物加入顺序对反应的影响

调节恒温槽使温度恒定在25?C，通恒温水于玻璃恒温夹套反应皿中，将丙二酸(10mL)、溴酸钾(8mL)、浓硫酸(10mL)、蒸馏水(10mL)、硫酸铈铵(10mL)中的三种物质先

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移入，开动搅拌器，恒温10分钟。再将剩下的一种物质迅速加入反应皿中，从刚加入时开始采集数据。观察是否产生振荡，测出振荡周期和诱导时间。

2. 反应物浓度对振荡反应的影响 在25?C恒温条件以及相同的加入顺序下，分别改变丙二酸、溴酸钾、浓硫酸、硫酸铈铵的浓度（体积用量按4mL,7mL,10mL,13mL,16/17mL变化），考察诱导时间和振荡周期的变化。

3. 温度对振荡反应的影响

固定反应物加入顺序和用量，改变体系的温度

(25?C,30?C,35?C,40?C)，考察其对诱导时间和振荡周期的影响。

4. 反应机理的探讨

改变反应体系的反应物，催化剂，用其它物质替代，观

察实验现象，探讨BZ振荡反应的机理。

用0.13M乳酸、0.45M苹果酸、0.45M柠檬酸代替丙二

酸，用0.20M碘酸钾代替溴酸钾，用硫酸锰、Ru(bpy)32+溶液代替硫酸铈铵，分别进行实验，观察是否发生振荡。

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3. 结果与讨论

3.1 不同的反应物加入顺序对反应的影响

不同的加入顺序及相应的诱导时间(t)和振荡周期(T)如表 1

所示，从图.1可以看出：最后加入反应物的不同在图上可以很明显的看出来，通过比较诱导时间和振荡周期我们可以看出最后加入溴酸钾的体系振荡周期和诱导时间都是最短的。因此，在以后的实验中将采用第三组的加入顺序进行研究，即最后加入溴酸钾 表 1. 最后加入的反应物对振荡反应的影响（每种试剂均为10 mL），恒温槽温度为35℃

加入顺序 1 2 3 4 5 诱导时间 t (min) 振荡周期 T (min)

1.256 1.212 1.144 1.222 5.905 5.632 5.035 5.855 第一组 硫酸铈铵 浓硫酸 溴酸钾 蒸馏水 丙二酸 第二组 硫酸铈硫酸铈铵 铵 丙二酸 溴酸钾 蒸馏水 浓硫酸 浓硫酸 丙二酸 蒸馏水 溴酸钾 溴酸钾 浓硫酸 蒸馏水 硫酸铈铵 丙二酸 第三组 第四组 第 4 页 共 14 页