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BZ振荡反应实验报告总结计划
BZ振荡反响-实验报告
B-Z振荡反响
实验日期:
2016/11/24达成报告日期:
2016/11/25
1前言
实验目的
1.认识Belousov-Zhabotinski反响(简称B-Z
反响)的机理。
2.经过测定电位——时间曲线求得振荡反响的表观活化能。
实验原理
关于以B-Z反响为代表的化学振荡现象,当前被广泛认可的是Field,kooros和Noyes在
1972年提出的FKN机理,,他们提出了该反响
由萨那个主过程构成:
过程
A
①
BrO3
Br
2H
HBrO2
HOBr
②
HBrO2
Br
H
2HOBr
式中
HBrO2
为中间体,过程特色是大批耗费
Br
。
反
应中产生的HOBr能进一步反响,使有机物MA如
丙二酸按下式被溴化为BrMA,
(A1)HOBrBrHBr2H2O
(A2)Br2MA
BrMA
Br
H
过程B
③BrO3
HBrO2H僩2BrO2H2O
④2BrO2g2Ce3
2H2HBrO2
2Ce4
这是一个自催化过程,在Br耗费到必定程度
后,HBrO2才转变到按以上③、④两式进行反响,
并使反响不停加快,与此同时,催化剂Ce3氧化
为Ce4。
在过程B的③和④中,③的正反响是速率控制步骤。
别的,HBrO2的积累还遇到下边歧化反响的限制。
⑤2HBrO2BrO3HOBrH
过程CMA和BrMA使Ce4离子复原为Ce3,并产生Br(由BrMA)和其余产物。
这一过程当前认识得还不够,反响可大概表达为:
⑥2Ce
4+MA+BrMAfBr+2Ce3+其余产物
式中f
为系数,它是每两个Ce4离子反响所产
生的Br数,跟着BrMA与MA参加反响的不一样比率而异。
过程C对化学振荡特别重要。
假如只有A和B,那就是一般的自催化反响或时钟反响,进
行一次就达成。
正是因为过程C,以有机物MA
的耗费为代价,从头获得Br和Ce3,反响得以重
新启动,形成周期性的振荡。
丙二酸的B-Z反响,MA为CH2(COOH)2,BrMA即
为BrCH(COOH)2,总反响为:
3H3BrO35CH2(COOH)2
Ce3
3BrCH(COOH)22HCOOH4CO25H2O
它是由①+②+4×③+4×④+2×⑤+5×
(A1)+5×(A2),再加上⑥的特色,
8Ce42BrCH(COOH)24H2O8Ce32Br2HCOOH4CO210H
组合而成。
但这个反响式不过一种计量方程,并
不反响实质的历程。
按在FKN机理的基础上成立的俄勒冈模
型,能够导得,振荡周期t振与过程C即反响步
骤⑥的速率系数kc以及有机物的浓度cB呈反比关
系,比率常数还与其余反响步骤的速率系数有
关。
当测定不一样温度下的振荡周期t振,如近视地
忽视比率常数随温度的变化,能够估量过程C
即反响步骤⑥的表观活化能。
另一方面,跟着反
应的进行,cB渐渐减小,振荡周期将渐渐增大。
2实验操作
实验用品
计算机及接口一套(或其余电势差数据记录设施);THGD-0506高精度低温恒温浴槽;78-2型双向磁力加热搅拌器;反响器1个;铂电极1个;饱和甘汞电极1个;滴瓶3个;量筒3个;2ml移液管1支;洗瓶1个;镊子1把。
0.02mol/L硝酸铈铵;丙二酸;
0.2mol/L溴酸钾;0.8mol/L硫酸。
实验装置图
实验条件
实验室温为17.5℃,气压为101.29kPa。
实验分别在20℃、25℃、30℃、35℃。
实验操作步骤及方法重点
检查好仪器样品,依据装置图接好电路。
此中,铂电极接在正极上,饱和甘汞电极接在负极上,在进行实验以前需检查甘汞电极中的液面能否适合以及能否有气泡等。
接通相应设施电源,准备数据收集。
调理恒温槽温度为20℃。
分别取7ml丙二酸、15ml溴酸钾、18ml硫酸溶液于洁净的反响器中,开动搅拌。
翻开数据记录设施,开始数据收集,待基线走稳后,用移液管加入2ml硝
酸铈铵溶液。
察看溶液的颜色变化及反响曲线,待重复8~10次完好周期后,停止数据记录,保留数据文件,记录恒温槽温度,从数据文件中读出相应的引诱期和振荡周期。
后挨次升温至25℃、30℃、
35℃,进行实验操作。
3结果与议论
原始实验数据
丙二酸溶液的浓度为;溴酸钾溶液的浓度为;硝酸铈铵溶液的浓度为;硫酸溶液的浓度为。
1.t=20℃
20℃时电压~时间关系曲线(振荡曲线)
2.t=25℃
25℃时电压~时间关系曲线(振荡曲线)
3.t=30℃
30℃时电压~时间关系曲线(振荡曲线)
4.t=35℃
35℃时电压~时间关系曲线(振荡曲线)
5.现象察看:
加入硝酸铈铵溶液后,溶液显浅黄色。
出现振荡后,跟着电压的降低,溶液颜色渐渐变浅直至消逝;尔后,溶液颜色忽然出现,随之电压开始迅速高升,达到最高处时颜色最深。
计算的数据、结果
1.引诱期及表观活化能E诱
依据所得的电压-时间曲线,利用origin读出引诱开端和停止点并可计算出对应的引诱期,列表以下:
各温度下引诱开端和停止点及引诱期
温度/℃
20
25
30
35
引诱起
始点/s
引诱终
止点/s
引诱期
/s
所以即可得ln(1/t诱)和1/T数值以下表:
各温度下ln(1/t诱)和1/T
数值
温度/℃
20
25
30
35
1/(T/℃)
ln(1/t
诱)
依据所得数值,作出ln(1/t诱)~1/T图像以下:
ln(1/t诱)~1/T关系及拟合直线
拟合直线方程为,拟合系数为。
由阿累尼乌斯公式知,直线斜率为-Ea/R,所以有:
E诱=-m××8.314=50.55kJ/mol
2.振荡周期及表观活化能E振
依据所得的电压-时间曲线,利用origin读出各个振荡周期的峰值并计算出对应的振荡周期,列表以下:
各温度下振荡周期
温度/℃20
25
30
35
振荡周
期
振荡周
期
振荡周
期
振荡周
期
振荡周
期
均匀值
/s
所以即可得ln(1/t振)和1/T数值以下表:
各温度下ln(1/t振
)和1/T数值
温度/℃20
25
30
35
1/(T/℃
ln(1/t
振)
依据所得数值,作出ln(1/t振)~1/T图像以下:
ln(1/t振)~1/T关系及拟合直线
拟合直线方程为,拟合系数为。
由阿累尼乌斯公式知,直线斜率为-Ea/R,所以有:
E振=-m××8.314=61.41kJ/mol
议论剖析
1.现象察看
实验中溶液颜色出现周期性的变化,在振荡
电压高升即曲线降落时,溶液颜色由黄色变无色,主假如因为发生了以下反响:
溶液中显黄色的Ce4离子变为了无色的Ce3离子。
在电压降低时即曲线上涨时,反应系统颜色由无色变为黄色,主假如因为发生了以下反响:
溶液中无色的
Ce3
离子又变为了显黄色的
Ce4
离
子。
2.偏差根源
1确立引诱期和振动周期时,因为是肉眼察看图像取点,拥有很大的不确立性,简单惹起偏差。
从数据能够看出振动周期之间差异较大,也说了然这一点。
2固然我们经过恒温槽将温度设定为固定值,但在实验过程中发现温度仍旧存在着必定程度的颠簸,使记录值与均匀值存在偏差。
3做直线拟合时只有4组数据,样本太小。
3.实验过程异样现象剖析
本次实验在我们最先测第一组数据时发现曲
线产生了特别强烈的颠簸,经检查是因为甘汞电
极内部存在气泡,致使电路不畅。
换了甘汞电极清除气泡后我们再次进行实验,发现仍有近似颠簸。
认真排查后发现是因为甘汞电极插入反响液的深度不够,致使在搅拌过程中屡次裸露在空气中,造成电位异样。
4.改良建议
建议改良装置使电极固定得更稳,而且不要将电路触点裸露在外面,防止机械扰乱。
4.结论
实验结果概括以下:
各温度下引诱期振荡周期及表观活化能
温度
20
25
30
35
表观活化能
/℃
(kJ/mol)
引诱
期/s
振荡
周期/s
5参照文件
[1]《基础物理化学实验》清华大学第一版社贺德华,麻英,张连庆编
[2]《基础物理化学》清华大学第一版社朱文涛编
6附录(思虑题)
1.已知卤素离子Cl,Br,I都很简单和HBrO2反响,假如在振荡反响的开始或是中间加入这些离子,将会出现什么现象?
试用FKN机理加以剖析。
答:
由FKN机理知卤素离子主要参加反响步骤A,而系统从A转入B的条件是卤素离子的浓度降落。
所以若加入卤素离子,步骤A的连续时间将会变长,进而致使整个引诱期和振荡周期变长。
2.为何B-Z反响有引诱期?
反响何时进入振荡期?
答:
因为反响的振荡需要两种价态的铈离
子。
刚开始加入的不过Ce4,当跟着反响的进行产生了足够的Ce3后,系统便进入了振荡期。
3.影响引诱期的主要要素有哪些?
答:
(1)温度:
根据Arrhenius方程
kAexpEa/RT,温度越高,k值越大,反响速率越快。
(2)[Ce4]/[Ce3]的值:
若刚开始加入铈离子时,
[Ce4]/[Ce3]就有适合的值,那么在引诱期不需要产生
太多Ce3,反响即可进入振荡期。
(3)反响液的浓度:
在速率方程里,浓度与反响速率有直接关系,一般来说,反响液浓度越高,反响速率越快。
4.系统中什么样的反响步骤对振荡行为最为重点?
答:
自催化步骤,该步骤使耗费的HBrO2得以从头生成,为反响步骤的变换供给了条件。
7收获与建议
本次实验中我掌握了振荡反响的原理以及
引诱活化能、振荡周期活化能的测定方法。
此外还认识了以电位差测定化学反响速率的手段,收获许多。
但也有许多经验教训,比方实验开始前一定确认各个装置处于适合状态、搭建装置的过程中也需当心慎重,不然将带来意想不到的结果,大大延伸实验时间。
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