周期性化学振荡实验有哪些

‘壹’ 什么是化学振荡反应产生振荡反应的条件

化学震荡是在某些反应体系中，有些组分的浓度会忽高忽低，呈现周期性变化的现象。也称摇摆反应。
若维持化学振荡的进行，必须不断补充反应物，否则的话，反应的振荡即将停振荡现象的发生必须满足以下条件：
（a）反应必须是敞开体系且远离平衡态；
（b）反应历程中应包含自催化的步骤；
（c）体系必须能有两个稳态存在，即具有双稳定性。在生物化学中也存在振荡现象，如动物心脏的有节律的跳动，在新陈代谢过程中占重要地位的糖酵解反应中，许多中间化合物和酶的浓度也是随时间而周期性的变化。
所谓生物钟也是一种振荡现象，实际上生态平衡离不开振荡现象

‘贰’ 震荡反应中丙二酸可否用草酸代替

不可以，丙二酸用来发生溴代或碘代从而储存溴或者碘，发生溴代的是亚甲基碳上的氢，草酸没有这个氢，显然不行。还是建议用丙二酸，文献上都是用的丙二酸。

我有一点资料，可以上网搜Belousov-Zhabotinsky反应，以及
实验二十五 BZ化学振荡反应
【目的要求】
1 了解Belousov-Zhabotinsky反应(简称BZ反应)的基本原理及研究化学振荡反应的方法。
2. 掌握在硫酸介质中以金属铈离子作催化剂时，丙二酸被溴酸氧化体系的基本原理。
3. 了解化学振荡反应的电势测定方法。
【实验原理】
有些自催化反应有可能使反应体系中某些物质的浓度随时间(或空间)发生周期性的变化，这类反应称为化学振荡反应。
最着名的化学振荡反应是1959年首先由别诺索夫(Belousov)观察发现，随后柴波廷斯基(Zhabotinsky)继续了该反应的研究。他们报道了以金属铈离子作催化剂时，柠檬酸被HBrO3氧化可发生化学振荡现象，后来又发现了一批溴酸盐的类似反应，人们把这类反应称为B-Z振荡反应。例如丙二酸在溶有硫酸铈的酸性溶液中被溴酸钾氧化的反应就是一个典型的B-Z振荡反应。
1972年，Fiel，Koros，Noyes等人通过实验对上述振荡反应进行了深入研究，提出了FKN机理，反应由三个主过程组成：
过程A (1) Br-＋BrO3-＋2H+ → HBrO2＋HBrO
(2) Br-＋HBrO2＋H+ → 2HBrO
过程B (3) HBrO2＋BrO3-＋H+ → 2BrO2. ＋H2O
(4) BrO2.＋Ce3+＋H+ → HBrO2＋Ce4+
(5) 2HBrO2 → BrO3-＋H+＋HBrO
过程C (6) 4Ce4+＋BrCH(COOH)2＋H2O＋HBrO 2Br-＋4Ce3+＋3CO2＋6H+
过程A是消耗Br-，产生能进一步反应的HBrO2，HBrO为中间产物。
过程B是一个自催化过程，在Br-消耗到一定程度后，HBrO2才按式(3)、(4)进行反应，并使反应不断加速，与此同时，Ce3+被氧化为Ce4+。HBrO2的累积还受到式(5)的制约。
过程C为丙二酸被溴化为BrCH(COOH)2，与Ce4+反应生成Br-使Ce4+还原为Ce3+。
过程C对化学振荡非常重要，如果只有A 和B，就是一般的自催化反应，进行一次就完成了，正是C的存在，以丙二酸的消耗为代价，重新得到Br-和Ce3+，反应得以再启动，形成周期性的振荡。
该体系的总反应为：
2H++2BrO- 3+3CH2(COOH)2 2BrCH(COOH)2+3CO2+4H2O
振荡的控制离子是Br-。
由上述可见，产生化学振荡需满足三个条件：
1. 反应必须远离平衡态。化学振荡只有在远离平衡态，具有很大的不可逆程度时才能发生。在封闭体系中振荡是衰减的，在敞开体系中，可以长期持续振荡。
2. 反应历程中应包含有自催化的步骤。产物之所以能加速反应，因为是自催化反应，如过程A中的产物HBrO2同时又是反应物。
3. 体系必须有两个稳态存在，即具有双稳定性。
化学振荡体系的振荡现象可以通过多种方法观察到，如观察溶液颜色的变化，测定吸光度随时间的变化，测定电势随时间的变化等。
本实验通过测定离子选择性电极上的电势(U)随时间(t)变化的U－t曲线来观察B-Z反应的振荡现象(见图2-25-1)，同时测定不同温度对振荡反应的影响。根据U－t曲线，得到诱导期(t诱)和振荡周期(t1振，t2振，…)。
按照文献的方法，依据 及 公式，计算出表观活化能E诱，E振。

图2-25-1 U-t图
【仪器试剂】
超级恒温槽1台；磁力搅拌器1台；记录仪1台；或计算机采集系统一套；恒温反应器(50mL，1只)。
丙二酸(A.R.)；溴酸钾(G.R.)；硫酸铈铵(A.R.)；浓硫酸(A.R.)。
【实验步骤】
1. 配制溶液
配制0.45 mol•dm-3丙二酸溶液100mL，0.25 mol•dm-3溴酸钾溶液100mL，3.00 mol•dm-3硫酸溶液100mL，4×10-3 mol•dm-3的硫酸铈铵溶液100mL。
2. 按图2-25-2连接好仪器，打开超级恒温槽，将温度调节到(25.0℃±0.1)℃。
3. 在恒温反应器中加入已配好的丙二酸溶液10mL，溴酸钾溶液10mL，硫酸溶液10mL，恒温10min后加入硫酸铈铵溶液
图2-25-2 实验装置
10mL，观察溶液的颜色变化，同时记录相应的电势－时间曲线。
4. 用上述方法改变温度为30℃、35℃、40℃、45℃、50℃，重复上述实验。
【注意事项】
 实验所用试剂均需用不含Cl-的去离子水配制，而且参比电极不能直接使用甘汞电极。若用217型甘汞电极时要用1 mol•dm-3H2SO4作液接，可用硫酸亚汞参比电极，也可使用双盐桥甘汞电极，外面夹套中充饱和KNO3溶液，这是因为其中所含Cl-会抑制振荡的发生和持续。
 配制4×10-3 mol•dm-3的硫酸铈铵溶液时，一定要在0.20 mol•dm-3硫酸介质中配制，防止发生水解呈混浊。
 实验中溴酸钾试剂纯度要求高，所使用的反应容器一定要冲洗干净，磁力搅拌器中转子位置及速度都必须加以控制。
【数据处理】
1. 从U-t曲线中得到诱导期和第一、二振荡周期。
2. 根据t诱、t1振、t2振与T的数据，作ln(1/t诱) -1/T和ln(1/t1振) -1/T图，由直线的斜率求出表观活化能E诱、E振。
思 考 题
影响诱导期和振荡周期的主要因素有哪些。
【讨论】
1. 本实验是在一个封闭体系中进行的，所以振荡波逐渐衰减。若把实验放在敞开体系中进行，则振荡波可以持续不断的进行，并且周期和振幅保持不变。
本实验也可以通过替换体系中的成分来实现，如将丙二酸换成焦性没食子酸，各种氨基酸等有机酸，如将用碘酸盐，氯酸盐等替换溴酸盐，又如用锰离子，亚铁菲绕啉离子或铬离子代换铈离子等来进行实验都可以发生振荡现象，但振荡波形，诱导期，振荡周期，振幅等都会发生变化。
2. 振荡体系有许多类型，除化学振荡还有液膜振荡、生物振荡、萃取振荡等。表面活性剂在穿越油水界面自发扩散时，经常伴随有液膜(界面)物理性质的周期变化，这种周期变化称为液膜振荡。另外在溶剂萃取体系中也发现了振荡现象。生物振荡现象在生物中很常见，如在新陈代谢过程中占重要地位的酶降解反应中，许多中间化合物和酶的浓度是随时间周期性变化的。生物振荡也包括微生物振荡。

‘叁’ 振荡反应的实例

先配制[I]、[II]、[III]三种溶液：
[I]——400mL 30%H2O2溶液加水稀释至1L；
[II]——(42.8gKIO3 + 40mL 2mol·L-1H2SO4)加水稀释至1L；
[III]——(15.6g丙二酸 + 3.38gMnSO4·H2O + 0.3g淀粉)加水稀释至1L。
把[I]、[II]、[III]溶液在搅拌下等体积混合，溶液颜色呈现“无色→蓝黑色→无色→蓝黑色→……”的周期性变化，亦即反应体系在两种情况之间震荡。如果能不断加入反应物和不断排出产物（即保持体系远离平衡态），其震荡将持续下去，反之震荡周期将逐渐变长，直至溶液维持蓝黑色。此化学震荡的主要反应为：
5H2O2 + 2HIO3 I2 + 5O2↑+ 6H2O
I2的形成积集到一定浓度会使淀粉变蓝，而过量的H2O2又会氧化I2：
5H2O2 + I2 —→ 2HIO3 + 4H2O
使淀粉溶液褪色。HIO3的形成积集到一定浓度又引发与H2O2新一轮反应的发生。所以净反应为：
2H2O2 —→ O2↑+ 2H2O
其间丙二酸的作用是可与I2反应产生少量I—：
I2 + CH2(COOH)2 —→ ICH(COOH)2 + H+ + I-
I2 + ICH(COOH)2 —→ I2C(COOH)2 + H+ + I-
I—对H2O2与HIO3的反应有阻化作用，过量的I—则被IO3—氧化：
5I- + IO3- + 6H+ —→ 3I2 + 3H2O
另外，一些振荡反应还在反应容器中不同部位出现溶液浓度不均匀的空间有序结构，展现出同心圆形或旋转螺旋状的卷曲花纹波。无序怎么会自发走向有序？1969年比利时化学家Prigogine经过近20年的研究，提出了耗散结构理论，全面、深入地揭示了化学震荡现象的本质。
操作注意事项 ：
摇摆反应中使用量筒移取三个溶液时，尽量使体积相同，并同时加入，否则将导致部分现象不明显或变化太快。

‘肆’ 什么是反复不定的“化学振荡”

一支试管内溶液的颜色一会儿变红，一会儿又变蓝，呈现出有规律的节奏和漂亮的颜色，煞是迷人。这种现象叫“化学振荡”。提起振荡，人们并不陌生，如钟摆的往复摆动，弹簧的自由伸缩，心脏的收缩和舒张，电路中的电流或电压在最大值和最小值之间重复变化的过程等都是振荡。说起化学振荡，其实，也是一种随时间周期性重要变化的过程，只是这一过程发生在化学反应中。

最初发现化学振荡现象是在1873年。德国化学家李伯曼曾经做过一个有趣的“汞心脏”实验。当时，李伯曼把水银放在玻璃杯的中央，再把重铬酸钾和硫酸的混合溶液慢慢地注入杯中，然后将一个铁钉放在紧靠水银附近的溶液中。他惊奇地发现，水银珠就像心脏似的跳动了起来。他认为，这是由于化学反应使得水银的体积发生了周期性变化造成的。此后，化学家们还发现了许多别的化学振荡现象。

化学振荡究竟是怎么一回事呢?这种现象一出现，就有人对它进行了研究。

1910年，洛特卡提出了一个以质量作用定律为基础的振荡反应数学模型；到了1931年，沃尔特拉在洛特卡模型的基础上，又提出了一个更完善的模型，这个模型就以他俩的名字来命名，称为洛特卡—沃尔特拉模型。虽然这一模型为化学界所普遍接受，但它并不是尽善尽美的。

尽管化学家对化学振荡现象还不甚了解，生物学家对化学振荡却如获至宝，企图用它解开“生物钟”的奥秘。不论在植物体、动物体还是人体内，都存在着一些周期性的现象。例如植物的花开花落、春华秋实；动物的冬眠夏徙、昼出夜归；人类的一日三餐、早起晚寝。这些现象的周期虽然不很精确，却是客观存在的。即使在消除了外部节律的人造环境中，这些“生物钟”现象依然我行我素。于是，生物学家便关注起了生物体的内部节律：生物体内是不是存在着某种周期性的化学反应?是不是由于化学振荡现象在其中“捣鬼”?果真如此，事情也未必会水落石出。因为任何化学反应都将受到外部环境因素的影响。如温度、光照等等，而“生物钟”却不是这样。化学振荡和“生物钟”究竟有何瓜葛?要解答这个问题，首先必须搞清楚化学振荡的本质，对此，化学家们正在做积极地探索。比利时着名科学家普利高津教授曾断言：化学振荡现象只能在化学耗散过程才可能出现。这为解开化学振荡之谜开辟了一条新的途径。现在许多科学家正在努力探索，企图解开“化学震荡”之谜。

‘伍’ 化学振荡反应的原理有哪几种

化学反应基本原理 2.1.化学反应的方向和吉布斯函数变 2.1.1 影响反应方向的因素 ...定压下一般反应自发性的几种情况ΔH ΔS ΔG=ΔH-TΔS 反应的自发性-+-自发..振荡反应中的一种或几种关键物质的化合物时，可以观察到振荡体系的各种异常行为，如振荡停止，在一定化学振荡是一种周期性的化学现象。早在波义尔（Boyle）就观察到磷放置在一瓶口松松塞住的烧瓶中时，会发生周期性的闪亮现象。1921年，勃雷（W.C.Bray）在一次偶然的机会发现H.2O2与KIO3在硫酸稀溶液中反应时，释放出O2的速率以及I2的浓度会随时间周期变化。直到1959年，贝洛索夫首先观察到并随后为恰鲍廷斯基深入研究，丙二酸在溶有硫酸 的酸性溶液中被溴酸钾氧化的反应，随后人们发现了一大批可呈现化学振荡现象的含溴酸盐的反应系统。人们统称这类反应为B-Z反应。 由实验测得的B-Z系统典型 离子和溴离子浓度的振荡曲线

‘陆’ 什么是化学振荡现象

英文名
chemical oscillation；chemical clock
编辑本段概念
化学振荡是指有些自催化反应有可能使反应体系中某些物种的浓度随时间或空间发生周期性的变化。 这种周期性变化是发生在非平衡态时的现象。
编辑本段必要条件
发生化学振荡现象必须满足如下几个条件： （1）反应必须是敞开体系且远离平衡态； （2）反应历程中应包含自催化的步骤； （3）体系必须存在两个或两个以上的稳定状态。
编辑本段用途
广泛存在于化学、物理学、生物学等领域中，因此化学振荡反应的研究是一个多学课交叉点的前沿课题，其研究对解决矿物勘探、大气动力学、化学过程分析等重要理论和实际问题都有可能产生重大的影响。目前，在药物分析、生命科学等许多领域都有广泛的研究和应用，并已取得了重要的进展

‘柒’ 化学摇摆反应现象，原理，解释

一般的化学反应，反应物和产物的浓度单调地发生变化，最终达到不随时间变化的平衡状态。然而在某些反应体系中，有些组分的浓度会忽高忽低，呈现周期性变化，这种现象称为化学震荡。若维持化学振荡的进行，必须不断补充反应物，否则的话，反应的振荡即将停止。

振荡现象的发生：反应必须是敞开体系且远离平衡态；反应历程中应包含自催化的步骤；体系必须能有两个稳态存在，即具有双稳定性。在生物化学中也存在振荡现象，如动物心脏的有节律的跳动，新陈代谢过程中的糖酵解反应中，许多中间化合物和酶的浓度也是随时间而周期性的变化。

(7)周期性化学振荡实验有哪些扩展阅读

反应振荡器的设计和机理研究：寻找灵敏度高、选择性好的反应体系. 研究这些振荡反应机理可为非线性科学的建立、发展起推动作用。振荡反应的耦合： 振荡反应的耦合对人们揭示生物体系的复杂性具有重大的意义。

药物对振荡反应体系的影响研究：通过研究药物对化学振荡反应产生的干扰、对生命系统的周期性现象更深刻的认识,可为医学的发展提供重要信息。测定、研究B-Z化学振荡反应可采用离子选择性电极法、分光光度法和电化学等方法。