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验九 BZ 振荡反应
一、实验目的
1.了解BZ 振荡反应的基本原理；体会自催化过程是产生振荡反应的必要条件。
2.初步理解耗散结构系统远离平衡的非线性动力学机制。
3.掌握测定反应系统中电势变化的方法；了解溶液配制要求及反应物投放顺序。
二、实验原理
自然界存在大量远离平衡的敞开系统，它们的变化规律不同于通常研究的平衡或近平衡
的封闭系统，与之相反，它们是趋于更加有秩序、更加有组织。由于这类系统在其变化过程
中与外部环境进行了物质和能量的交换，并且采用了适当的有序结构来耗散环境传来的物质
和能量，这样的过程称为耗散过程。受非线性动力学控制，系统变化显示了时间、空间的周
期性规律。
目前研究的较多、较清楚的典型耗散结构系统为BZ 振荡反应系统，即有机物在酸性介
质中被催化溴氧化的一类反应，如丙二酸在 Ce4+ 的催化作用下，自酸性介质中溴氧化的反
应。BZ 振荡反应是用首先发现这类反应的前苏联科学家Belousov 及Zhabotinsky 的名字而
命名的，其化学反应方程式为：
- +
2BrO +3CH (COOH) +2H 2BrCH(COOH) +3CO +4H O （1）
3 2 2 2 2 2
真实反应过程是比较复杂的，该反应系统中 HBrO 中间物是至关重要的，它导致反应
2
系统自催化过程发生，从而引起反应振荡。为简洁的解释反应中有关现象，对反应过程适当
简化如下：
当Br－浓度不高时，产生的HBrO 中间物能自催化下列过程：
2
- +
BrO +HBrO +H 2BrO +H O （2 ）
3 2 2 2
3 + + 4 +
BrO +Ce +H HBrO +Ce （3 ）
2 2
在反应（3 ）中快速积累的Ce4+又加速了下列氧化反应：
4 + - 3 +
4 C e + B r C H ( C O O H ) + H O+ H O B r 2 B r + 4 C e + 3 C O + 6 H
（4 ）
2 2 2
通过反应（4 ），当达到临界浓度值C 后，反应系统中下列反应成为主导反应：
Br- ,c
- - +
BrO +Br +2H HBrO +HOBr （5 ）
3 2
- +
HBrO +Br +H 2HOBr （6 ）
2
反应（6 ）与反应（2 ）对HBrO 竞争，使得反应（2 ）、（3 ）几乎不发生。Br－不断
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