基于MATLAB的弱电解质电离平衡常数测定实验的数据处理与图形绘制研究

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  摘 要: 本文设计了Matlab 语言程序,并用于“电导法测定弱电解质的电离平衡常数” 的物理化学实验的数据处理与图形绘制, 处理结果与所作图形均符合实验要求。与手工作图相比,具有简洁、快捷与直观等特点,而且可避免人为因素的误差。
  关键词: 电离平衡常数 速率常数 MATLAB软件
  物理化学实验具有数据多、处理麻烦、手工作图、随意性强、人为因素引起误差大等问题。Matlab软件[1]-[3]提供了多种线性与非线性拟合手段,精确度高,编程语言简单易学,可视性强,接口实现方便,可以很好地进行自动化数据处理。采用Matlab语言进行编程以处理,可以避免许多人为因素引起的误差,且编程简单,计算结果与程序所作图形均符合实验要求。
  本文以物理化学实验“电导法测定弱电解质的电离平衡常数”为例[4]-[5],编写Matlab语言程序,并应用于实验数据处理及图形绘制,展示Matlab在物理化学实验数据处理和图形绘制中简洁、快捷与直观等特点。
  1.实验原理
  2.实验步骤
  (1)调节恒温槽,水温保持25.0±0.1℃。
  (2)按要求接好电导率仪,并打开电导率仪开关,预热15min。
  (3)电导率仪电导池常数的校正(详见“LIDA DDS-W精密电导率仪操作手册”)。
  ①调节温度补偿旋钮,使其指示的温度值与溶液温度相同,将仪器测量开关设置校正(温补)档,调节常数校正钮,使仪器显示电导池实际常数值。
  ③否则,重复上述①、②步,再进行校正,直到满意。
  (4)HAc溶液的电导率的测定。
  ①用移液管从0.0200 mol·L HAc溶液中吸出20 mL溶液放入干净的反应管中,将电导池先用电导水荡洗并用滤纸吸干(滤纸切勿触及铂黑!)放入待测液中恒温10 min测量其电导率,重复3次,取平均值。
  ②再用移液管准确移出20.00 mL上述反应管中的溶液,弃去。再用移液管准确移入20.00 mL电导水,置于上述反应管中,将电导池先用电导水荡洗并用滤纸吸干(滤纸切勿触及铂黑),搅拌均匀后,恒温10 min测定其电导率3次,取平均值。
  ③—⑤仿照步骤②的操作,使浓度由大到小,测定不同浓度HAc溶液的电导(率)。
  最后倾去反应管中的溶液,放至烘箱或烘干器烘干。电导池用电导水洗净并用滤纸吸干,待用。
  3.实验数据记录与实验数据处理
  (1)实验数据记录
  在25.0℃时,实验测得不同浓度的醋酸水溶液相应的电导率,如下表所示
  (2)设计MATLAB程序处理实验数据和绘制图形
  (3)运行结果
  在MATLAB 7.0环境下运行得到原始数据散点图形和直线拟合后的图形,然后对图形进行编辑,其方法是:点击Figure界面中主菜单Edit按钮,跳出一个对话框;然后点击Figure Properties按钮,再用鼠标拖动图形和图题调整到相应位置;最后点击对话框中Copy Figurer按钮,将图形拷贝到Word文档中,如图1所示。
  4.结论
  MATLAB制作相图具有可靠性和极强的可操作性,提高实验效率,效果明显,必将成为学生和教师的得力助手,在物理化学实验教学中具有很强的推广应用价值。
  参考文献:
  [1]李旭,陈志刚.MATLAB和Monte Carlo法在连续反应动力学中的应用[J].广州化工,2014,42(4):54-57.
  [2]黄雪征,张常群.连续反应动力学的计算及过程的计算机模拟[J].计算机与应用化学,2005,21(3):211-214.
  [3]许国根,许萍萍.化学化工中的数学方法及MATLAB实现[M].北京:化学工业出版社,2008:1-312.
  [4]李强国,刘文奇,肖圣雄,邓斌,魏得良.基础化学实验[M].南京:南京大学出版社,2012:294-296,313-316.
  [5]杨道武,曾巨澜,申少华,李强国,刘治国,周昕.基础化学实验(下)[M].武汉:华中科技大学出版社,2009:64-68,92-96.
  基金项目:湖南省应用化学重点建设学科(湘教发[2011]76号);湘南稀贵金属化合物及其应用湖南省重点实验室资助(湘科函字[2011]65号)。
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