B-Z震荡反应实验报告 下载本文

从诸图中可以看出,温度是影响振荡的一大因素,并且影响是单向的:随着温度的上升,诱导时间和振荡周期都减小;对比温度对诱导时间和振荡周期的影响,其影响程度基本一致,但考虑到其数值,温度对诱导时间的影响更大。综上,分析温度对化学振荡影响的机理,根据传统物理化学理论(阿伦尼乌斯公式)可知,温度的升高可以提高活性离子的比例,增加离子间有效碰撞几率,从而加速反应进行,此外,由于该反应催化剂为离子溶液,该反应中温度的上升有利于提高催化剂的活性,加快反应速度。但当温度提高到50-60摄氏度时,震荡周期到后来发生混乱,可见温度只有在一定范围内提高才有利于反应的进行。最佳温度约为45℃。

3.反应物浓度对反应的影响:

在45°C恒温条件以及与以上相同的加入顺序(蒸馏水、溴酸钾、硫酸、丙二酸、硫酸铈铵)下,分别改变丙二酸、溴酸钾、硫酸铈铵、硫酸的浓度(变化的体积用量按7mL,10mL,13mL,16mL变化,并相应的改变蒸馏水用量使反应体系总体积保持在50mL),考察诱导时间和振荡周期的变化。

做出与诱导时间、振荡周期与浓度相应的统计图如下:

(1)在7mL—16mL范围内,丙二酸、硫酸铈铵浓度越高,化学振荡的诱导时间越短;溴酸钾浓度越大,化学振荡的诱导时间先增后降;硫酸浓度增加,化学振荡的诱导时间略有增加,但是变化幅度不大。因而可以认为,在适当浓度范围内:丙二酸、硫酸铈铵的浓度对诱导时 间有负影响;溴酸钾的浓度对诱导时间有正影响,但是其存在一个最适浓度;硫酸的浓度对诱导时间影响不大。

(2) 溴酸钾、硫酸浓度增大时,振荡周期减小,近似线性关系;丙二酸浓度增大时,振荡周期基本也呈线性下降趋势,但是在16mL时振荡周期突然升高;硫酸铈铵对化学振荡周期的影响较小,振荡周期随浓度增大先增后降,存在一个最适浓度。从硫酸铈铵的异常性,结合机理中其作为催化剂,说明该催化剂对反应影响的多重性,可能与铈离子催化反应中存在吸附极限有关。

(3) 观察分析图形可知:反应物的浓度不但影响了诱导时间和振荡周期,同时还影响了振荡

的波形。浓度对振荡体系的影响是比较显著的;但浓度对振幅的影响却不大,说明浓度对振荡体系的各个参数的影响是有选择性的。这也反映出化学振荡体系本身的复杂性,及其极容易受反应环境的影响。

反应机理的探究:

改变反应体系的反应物、催化剂,用其它试剂替代,观察化学振荡是否依然发生、周期如何,探讨B—Z振荡反应的机理。

用0.45M丁二酸、0.45M乙二酸、0.45M柠檬酸代替丙二酸,用0.20M碘酸钾、溴酸钠代替溴酸钾,用硫酸锰、硫酸铁溶液代替硫酸铈铵,分别进行实验,观察是否发生振荡

(1) 用0.45M丁二酸、0.45M乙二酸、0.45M柠檬酸代替丙二酸后,仅有苹果酸、柠檬酸可以观察到振荡现象,乳酸没有振荡现象但是出现异常现象。

对比乙二酸与丙二酸:不可以看出仅有两个羧基,无法发生振荡反应,还必须有丙二酸中受羧基影响的活泼甲基; 对比丁二酸与丙二酸:丁二酸中有两个羧基,并且有与羧基直接相连的活泼甲基,但是仍然无法发生振荡反应,故丙二酸中活泼甲基同时受两个羧基的影响就至关重要了;对比柠檬酸与丙二酸、丁二酸可知,当有机酸分子中活泼甲基同时受到两个羧基,或者是一个羧基和一个羟基、或者是一个羧基和一个酮基的影响时,化学振荡可能可以正常发生。由于实验室没有提供丁酮二酸,无法对其进行验证实验,但是查阅资料知,丁酮二酸代替丙二酸可以使化学振荡正常.

结合CH2(COOH)2-KBrO3化学振荡体系的FKN理论可知:丙二酸中活泼甲基可以被Br2取