一、實驗目的
(1) 了解BZ振**(BelousovZhabotinski)反應的基本原理及研究化學振**反應的方法。
(2) 掌握在硫酸介質中以金屬鈰離子做催化劑時,丙二酸被溴酸鉀氧化過程的基本原理。
(3) 測定上述係統在不同溫度下的誘導時間及振**周期,計算在實驗溫度範圍內反應的誘導活化能和振**活化能。
二、實驗原理
化學振**是一種周期性的化學現象,即反應係統中某些物理量如組分的濃度隨時間做周期性的變化。
早在17世紀,波義耳就觀察到磷放置在留有少量縫隙的帶塞燒瓶中時,會發生周期性的閃亮現象。這是由於磷與氧的反應是一支鏈反應,自由基累積到一定程度就發生自燃,瓶中的氧氣被迅速耗盡,反應停止。隨後氧氣由瓶塞縫隙擴散進入,一定時間後又發生自燃。1921年,勃雷(Bray W.C)在一次偶然的機會發現H2O2與KIO3在稀硫酸溶液中反應時,釋放出O2的速率以及I2的濃度會隨時間呈現周期性的變化。從此,這類化學現象開始被人們所注意,特別是1959年,由貝洛索夫(Belousov B.P)首先觀察到並隨後被紮波廷斯基(Zhabotinsky A.M)深入研究的反應,即丙二酸在溶有硫酸鈰的酸性溶液中被溴酸鉀氧化的反應:
3H++3BrO-3+5CH2(COOH)2Ce3+3BrCH(COOH)2+4CO2+5H2O+2HCOOH
這使人們對化學振**發生了廣泛的興趣,並發現了一批可呈現化學振**現象的含溴酸鹽的反應係統,這類反應稱為BZ振**反應。而水溶液中KBrO3氧化丙二酸CH2(COOH)2的反應是化學振**反應中最為著名,且研究得最為詳細的一例,其催化劑為Ce4+/Ce3+或Mn3+/Mn2+。
人們曾經對BZ反應做過多方麵的探討,並提出了不少曆程來解釋BZ振**反應,其中說服力較強的是KFN曆程(即Fidld.Koros及Noyes三姓的簡稱)。按此曆程,反應是由三個主過程組成: