物理化学实验物理化学实验 (35).pdf

第 42 卷第 13 期2014 年 7 月广州化工Guangzhou Chemical IndustryVol.42 No.13Jul.2014“乙酸乙酯皂化反应速率常数测定”实验数据处理程序的开发*摘要:以 Visual Basic 6.0 为开发工具，结合最小二乘法直线拟合，对“电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数”实验进行数据处理，得到更科学准确的实验结果，能够打印出计算结果和图形。此实验方法具有实验精密、操作简单、方便、测量结果准确等优点。经编译此实验数据处理程序的可执行文件能在脱离 Visual Basic 的环境下独立运行，程序的实用性和便利性较强。关键词:乙酸乙酯皂化反应;Visual Basic 6.0;最小二乘法;物理化学实验中图分类号:G642.0文献标志码:A文章编号:1001 9677(2014)013 0199 03*基金项目:集宁师范学院教改研究项目(JGKT2013022)。作者简介:任庆云(1981 )，女，研究生，讲师，研究方向:计算机技术在化学和化工中的应用。Development ofthe Data Processing Software for the Experimentof Measuring ate Constant of Saponification of Ethyl Acetate*EN Qing yun1，YANG Xiao lei2，WANG Song tao1(1.Department of Chemistry，Jining Teachers College，Inner Mongolia Jining 012000;2 School of Chemistry and Chemical Engineering，Shanxi Normal University，Shaanxi Xian 710062，China)Abstract:Using Visual Basic 6.0 and a least squares straight line fit program to compile for the experimental data ofmeasuring rate constant of saponification of ethyl acetate with electric conductivity instrument，more correct and scientificresults including date and figures can be achieved and printed.This experimental method had the merits of preciseexperiment，simple operation and accurate result.The executable files of the software can operate independently withoutVisual Basic environment.Key words:the saponification of ethyl acetate;Visual Basic 6.0;least squares;physical chemistry experiments随着计算机技术的快速发展，其与化学的结合越来越紧密，特别是在计算机技术辅助化学实验和理论教学方面。在化学实验教学中，需要对实验数据进行评价，从原始数据到最终处理结果，中间要经过数次计算处理、绘图、求解，只根据学生实验数据及处理结果，老师们往往不能作出直接的判断。然而使用计算机，只要输入实验数据，经过计算机程序处理，实验数据就可以直接转化为可评价用数据1，为正确评价数据提供了快速、有效的方法，物理化学实验也具有以上特点。“乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定”实验是物理化学实验教学的重要内容，为解决计算复杂性、作图误差和实验结果的准确性等问题，本文使用 Visual Basic 6.02 3 为开发工具，利用最小二乘法直线拟合开发了“乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定”实验的数据处理程序。1实验原理和处理方法1.1原理乙酸乙酯皂化反应是一个二级反应其反应式为:CH3COOC2H5+NaOHCH3COONa+C2H5OH在反应过程中，各物质的浓度随时间而改变。某一时刻碱的浓度可用标准酸进行滴定求得，也可以通过测量溶液的某些物理性质而得到。用电导率仪测定溶液的电导值 K 随时间的变化关系，可以监测反应进程，进而可求算反应速率常数。二级反应的速率与反应物的初始浓度有关，反应物的初始浓度存在两种情况:碱和酯浓度相等和不相等。(1)如果反应物的初始浓度相同，并令它们均为 c，推导出公式:K0 KtKt K!=ckt式中:K0和 Kt 溶液起始和 t 时的电导值K 反应终了时的电导值k 反应速率常数值从上面的直线方程式可知，只要 K、K0测出以及一组 Kt值，利用(K0 Kt)/(Kt K)对 t 作图，应得一直线，由斜率即可求得反应速率常数 k 值，k 的单位为 min1mol1L。200广州化工2014 年 7 月(2)如果反应物的初始浓度不相同，并且规定碱或酯中浓度大者为 a，碱或酯中浓度小者为 b，也可以推导出类似上面的公式，并且只要测出 K、K0以及一组 Kt值，套用公式并作图，也应该得一直线，斜率是关于 a、b 和 k 的函数，知道了斜率，a 和 b 值也已知的情况下，即可求得反应速率常数 k 值，k 的单位也为 min1mol1L。1.2计算 Ea测定出反应温度下的反应速率常数，又已知 298.15K 时的反应速率常数，按照 Arrhenius 公式便可计算反应活化能 Ea:lnk1k2=Ea1T21T()1式中:k1，k2 T1，T2温度时测得的反应速率常数 摩尔气体常数Ea 反应的活化能4 2“乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定”实验的数据处理程序的设计理念在“乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定”实验的实验原理基础上，利用 Visual Basic 6.0 所提供的丰富控件，将大量复杂的计算公式编入程序代码中，用户只需输入实验数据，计算机就会根据程序代码对其进行处理，精确的数据处理结果显示于界面。由于本实验的图形为直线图，故将最小二乘法的计算公式编写到程序中，确保所得直线图的准确度和精密度，并且直线的斜率、截距及相关系数均可输出并用于后续计算，本实验数据处理程序的流程如图 1 所示。图 1程序流程图Fig.1The flowchart of program“乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定”实验的数据处理程序具有人机交互性好、数据输入界面直观、作图精确等特点，用户能轻松使用本程序。3“乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定”实验的数据处理程序使用说明下面以实验中碱和酯浓度相等的情况来说明“乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定”实验的数据处理程序的使用方法5。双击“乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定”程序，进入输入数据界面窗口，按顺序依次输入实验数据(如图 2 所示)，单击“计算”按钮，得到数据计算结果(如图 3 所示)，按“打印”按钮便可以打印出数据处理结果，单击“数据”按钮返回数据输入界面窗口，按“图形”按钮显示相应坐标图(如图 4所示)，按“打印”按钮便可以打印出图形。图 2数据录入界面Fig.2Interface of data input图 3数据处理界面Fig.3Data processing interface图 4作图界面Fig.4Drawing interface4“乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定”实验的数据处理程序的部分程序源代码Dim t(12)，K(12)，Ka(12)，Kx(12)，X(12)，Y(12)，Z1(12)定义数组Dim z As Double定义变量 z 为双精度Dim n As DoublePrivate Sub Command1_ Click()实验数据计算Form1.Cls窗体 Form1 清屏Form1.Show显示窗体 Form1Form3.Hide隐藏窗体 Form3Form2.Hidecl=Chr$(13)+Chr(10)n=Val(Text32.Text)将文本框 Text32(实验组数)的第 42 卷第 13 期任庆云，等:“乙酸乙酯皂化反应速率常数测定”实验数据处理程序的开发201Text 属性值赋值给变量 nt(1)=Val(Text8.Text):Fori=1 To nK0a=k0*2/0.951计算氢氧化钠溶液的电导率Ka(i)=K(i)*2/0.951计算氢氧化钠溶液与乙酸乙酯混合溶液的电导率Kx(i)=(K0a Ka(i)/t(i)计算(K0 Kt)/tX(i)=Kx(i):Y(i)=Ka(i)Nextic=0:d=0:Sxx=0:Syy=0:Sxy=0最小二乘法直线拟合Fori=1 To nc=c+X(i):d=d+Y(i)Nextiax=c/n:ay=d/nFori=1 To nxt=X(i)ax:yt=Y(i)aySxx=Sxx+xt*xt:Syy=Syy+yt*yt:Sxy=Sxy+xt*ytNextim!=Sxy/Sxx:b!=ay m*ax:r!=Sxy/Sqr(Sxx*Syy)Kb=(1/a)*(1/m)计算速率常数 kTS1Q=273.15+TS1:z=kS2/KbEa=Log(z)*8.314*298.15*TS1Q*0.001/(298.15 TS1Q)计算反应活化能 EaForm1.Print 乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定实验的数据处理结果+cl在窗体 Form1 中输出实验数据处理结果End SubPrivate Sub Command2_ Click()作图程序代码Form2.Cls:Form2.ShowForm2.Line(Z1(1)，(L12)(Z1(n)，(L13)在窗体 Form2 中在点(Z1(1)，(L12)和点(Z1(n)，(L13)间连一条直线Fori=1 To nForm2.Circle(Z1(i)，(Ka(i)，0.003:Form2.Circle(Z1(i)，(Ka(i)，0.0045在窗体 Form2 中做两个半径不同的圆NextiEnd Sub5结论利用 Visual Basic 6.0 编程软件结合最小二乘法直线拟合对“乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定”实验的数据进行处理，能有效地避免人工作图过程中产生的误差，能够得到科学的实验结果，为学生自我评价和教师批改实验报告提供了可靠的依据;同时提供了程序的源代码，为研究此方面的人们提供帮助。参考文献 1李善忠 计算机在物理化学实验教学中的应用J 连云港化工高等专科学校学报，2000(13):11 12 2刘炳文 精通 Visual Basic 60 中文版M 北京:电子工业出版社，2000:15 200 3张明熹，李锋锋，王庆辉 计算机软件在物理化学实验中的应用J 化工时刊，2009，23(11):76 77 4邱金恒，孙尔康，吴强，等 物理化学实验M 北京:高等教育出版社，2010:74 77 5玉占君，任庆云，范荫恒，等 电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数的一种数据处理方法J 辽宁师范大学学报，2006，29(4):檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵511 512(上接第 125 页)3结论建立了液相色谱 荧光检测法检测贝类中 15 种多环芳烃的方法。实验证明:在检测的 15 种多环芳烃中，菲、蒽、芘、苯并 a蒽、崫、苯并a芘、茚并 1，2，3 cd芘在 0.001 0.5 mg/L 浓度范围，其余化合物在 0.002 1.0 mg/L 浓度范围，呈良好的线性相关，相关系数 r 0.995;以2 g/kg、10 g/kg、100 g/kg 3 个水平进行加标回收实验，15 种多环芳烃的回收率为 71.1%98.4%，SD 10%。该方法灵敏度高，重现性好，可操作性强，样品前处理合理，检出限、回收率、精密度等方面所测指标符合要求，适用于贝类中多环芳烃的测定。参考文献 1冯克良 概述多环芳烃在自然环境中的分布与监测 海洋环境科学，1991，10(4):74 76 2Bols N C，Brubacher J L，Ganassin C，et al Ecotoxicology andinnate immunityinfish J DevelopmentalandComparativeImmunology，2001，25(8 9):853 873 3Vigan Luigi，Camoirano Anna，Izzotti Alberto，et al Mutagenicity ofsediments along the Po river and genotoxicity biomarkers in fish frompolluted areas JMutationesearch/GeneticToxicologyandEnvironmental Mutagenesis，2002，515(1 2):125 134 4廖倩，高振江，张世湘，等 高效液相荧光法测定“北京烤鸭”鸭皮中的多环芳烃J 食品科学，2009，30(10):149 152 5Sarrazin，L，Diana，C，Schembri，T and ebouillon，P HPLCdetermination of polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs)in thelittoral urban sewage area of Cortiou(Marseille，France)J InternJ Environ Studies，2004，61:413 425 6Peter SimkoDetermination of polycyclic aromatic hydrocarbons insmoked meat products and smoke flavouring food additivesJJChromatogr B，2002，770:3 18 7饶竹，李松，何淼，等 高效液相色谱 荧光 紫外串联测定土壤中16 种多环芳烃J 分析化学，2007，35(7):954 958 8郭丽，惠亚梅，郑明辉，等 气相色谱 质谱联用测定土壤及底泥样品中的多环芳烃和硝基多环芳烃J 环境化学，2007，26(2):192 196 9杨家锋，钟惠英，段青源，等 气相色谱 质谱联用法测定水产品中16 种多环芳烃J 中国卫生检验杂志，2009，19(10):2291 2295 10 水产品中 16 种多环芳烃的测定 气相色谱质谱法 SC/T3042 2008S