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化学振荡反应

化学振荡反应. ——The Oscillating Reaction. 目的要求 实验原理 实验方法 实验步骤 数据处理 思考题. 目的要求. 了解、熟悉化学振荡反应的机理 通过测定电位 - 时间曲线求得化学振荡反应的表观活化能. 实验原理. 某些化学反应体系中，会出现非平衡非线性现象，即有些组分的浓度会呈现周期性变化，该现象称为化学振荡 化学振荡现象的发生必须满足三个条件： （ 1 ）必须是远离平衡的敞开体系 （ 2 ）反应历程中应含有自催化步骤 （ 3 ）体系必须具有双稳态性（ bistability ），即可在两个稳态间来回振荡.

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化学振荡反应

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Presentation Transcript

  1. 化学振荡反应 ——The Oscillating Reaction 化学系基础实验中心

  2. 目的要求 • 实验原理 • 实验方法 • 实验步骤 • 数据处理 • 思考题

  3. 目的要求 • 了解、熟悉化学振荡反应的机理 • 通过测定电位-时间曲线求得化学振荡反应的表观活化能

  4. 实验原理 • 某些化学反应体系中，会出现非平衡非线性现象，即有些组分的浓度会呈现周期性变化，该现象称为化学振荡 • 化学振荡现象的发生必须满足三个条件：（1）必须是远离平衡的敞开体系（2）反应历程中应含有自催化步骤（3）体系必须具有双稳态性（bistability），即可在两个稳态间来回振荡

  5. 本实验研究的振荡反应为2BrO3- + 3CH2(COOH)2 + 2H+ 2BrCH(COOH)2 + 3CO2 + 4H2O，该反应可采用包含9步反应的FKN机理进行解释。为了方便理解，可进一步简化为如下3步（1）BrO3- + 2Br- + 3CH2(COOH)2 + 3H+ → 3BrCH(COOH)2 + 3H2O（2）BrO3- + 4Ce3+ + 5H+ → HOBr + 4Ce4+ + 2H2O（3）BrCH(COOH)2 + 4Ce4+ + HOBr + H2O → 2Br- + 3CO2 + 4Ce3+ + 6H+ • 将上面3个反应式相加就组成了反应系统中的一个振荡周期。溴离子不仅是催化剂，而且反应体系中存在两个受溴离子浓度控制的过程，即[Br-]起着转向开关的作用

  6. 实验方法 本实验在CHI821型电化学分析仪上采用电化学方法测定研究BZ化学振荡反应，即在不同的温度下通过测定因[Ce4+]和[Ce3+]之比产生的电势随时间变化曲线，从曲线中得到诱导时间（tu）和振荡周期（tz）

  7. 实验步骤 • 配制溶液 • 清洗反应容器 • 开启水浴，设定温度 • 预热电化学分析仪 • 加反应溶液，连接电路 • 设置电化学分析仪参数 • 恒温后，倒入KBO3溶液，记录振荡曲线 • 保存数据

  8. 数据处理 • 分别从各条曲线中找出诱导时间（tu）和振荡周期（tz），并列表 • 根据计算结果分别作ln(1/tu) ~1/T和ln(1/tz) ~1/T图 • 根据图中直线的斜率分别求出诱导表观活化能（Eu）和振荡表观活化能（Ez）

  9. 思考题 • 影响诱导期、周期及振荡寿命的主要因素有哪些？ • 为什么在实验过程中应尽量使搅拌子的位置和转速保持一致？ • 实验中可观察到怎样的颜色变化？ • 实验中所研究的BZ振荡反应会否一直振荡下去而不停止？ • FKN机理是否是严格意义上的反应机理？

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