酸堿滴定的計(jì)算機(jī)模擬探討論文
酸堿滴定的計(jì)算機(jī)模擬探討論文
酸堿滴定法是一種常用的容量分析方法,但在實(shí)驗(yàn)室條件下計(jì)算酸堿混合體系的pH值和繪制滴定曲線非常繁瑣。以下是學(xué)習(xí)啦小編為大家精心準(zhǔn)備的：酸堿滴定的計(jì)算機(jī)模擬探討相關(guān)論文。內(nèi)容僅供參考，歡迎閱讀!
酸堿滴定的計(jì)算機(jī)模擬探討全文如下：
摘 要：根據(jù)分析化學(xué)的基本原理，建立了酸堿滴定的數(shù)學(xué)模型，以Visual Basic 語言為開發(fā)工具，設(shè)計(jì)了一個(gè)模擬酸堿滴定的計(jì)算程序，該程序利用二分法求解數(shù)學(xué)模型，可計(jì)算滴定反應(yīng)中混合溶液的pH值并繪制酸堿滴定曲線，程序也可計(jì)算滴定反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量點(diǎn)、突越范圍，并為酸堿滴定選擇合適的指示劑以減少滴定誤差并可計(jì)算出滴定誤差。程序界面友好、計(jì)算精確，通用性強(qiáng)，可應(yīng)用于各種酸堿滴定及理論教學(xué)。
關(guān)鍵詞：酸堿滴定;數(shù)學(xué)模型，計(jì)算機(jī)模擬;滴定曲線;二分法
1 前言
酸堿溶液的計(jì)算及酸堿滴定曲線的繪制對(duì)于判斷酸堿滴定的可行性及選擇合適的指示劑具有重要的意義，但酸堿滴定曲線的繪制特別是多元酸堿滴定曲線的繪制公式推導(dǎo)繁瑣，計(jì)算工作量大。目前也有不少研究文獻(xiàn)提出了采用計(jì)算機(jī)繪制酸堿滴定曲線的方法，文獻(xiàn)[1]提出了利用Excel軟件繪制酸堿滴定曲線的方法，這需要對(duì)Excel軟件有較高的操作水平，同時(shí)在操作中需要計(jì)算和大量的公式輸入，實(shí)際運(yùn)用起來非常繁瑣，文獻(xiàn)[2-5]從不同角度提出了采用編寫程序計(jì)算溶液PH值及繪制酸堿滴定曲線及的方法，但一些程序輸入數(shù)據(jù)不便，界面不夠友好，部分程序功能不夠完善，沒有指示劑的選擇及滴定誤差的計(jì)算等功能。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，借助Microsoft Visual Basic 編程工具，設(shè)計(jì)了一個(gè)程序。該程序可計(jì)算滴定過程中溶液的pH值，還可計(jì)算滴定的化學(xué)計(jì)量點(diǎn)、突躍起點(diǎn)及突躍終點(diǎn)，并根據(jù)化學(xué)計(jì)量點(diǎn)選擇合適的指示劑，程序也可計(jì)算出滴定的終點(diǎn)誤差，動(dòng)態(tài)地繪制出滴定曲線。
2 酸堿滴定的計(jì)算原理
對(duì)于某一混合酸堿體系，若溶液中n元弱酸HnA的濃度為cHnA，n元弱堿B(OH)n的濃度為cB(OH)n，此外溶液中還有a mol·1-1 的強(qiáng)酸和b mol·1-1的強(qiáng)堿，根據(jù)體系的化學(xué)平衡方程和電荷平衡方程，可推導(dǎo)出如下方程，具體推導(dǎo)過程詳見 [6]：
(1)
在式(1)中， 為弱酸的各級(jí)解離平衡常數(shù)，
為弱堿的各級(jí)解離平衡常數(shù)， 為水的解離平衡常數(shù)。在酸堿滴定過程中，設(shè)滴定劑的體積為 ，被滴定溶液的體積為 ， 為滴定劑強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的濃度， 為溶液中原有的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的濃度，則由式(1)可導(dǎo)出
(2)
對(duì)式(2)用二分法求解，即可求出滴定劑的體積為 時(shí)溶液的pH值。
滴定終點(diǎn)的誤差公式計(jì)算如下[7]
(3)
式(3)中， 為被測(cè)溶液的濃度與體積，c為滴定劑的濃度，Vep為滴定至終點(diǎn)時(shí)消耗的滴定劑的體積，m、n為被測(cè)組分與滴定劑之間的化學(xué)計(jì)量數(shù)，式(3)中Vep的計(jì)算公式可由式(2)推導(dǎo)如下
(4)
式(4)中， 為滴定終點(diǎn)即指示劑變色時(shí)氫離子的濃度，滿足，聯(lián)立式(3)、式(4)即可求出滴定誤差。
酸堿滴定的實(shí)質(zhì)是酸堿溶液的混合，以濃度為 的一元強(qiáng)酸HA滴定濃度為 、體積為 的n元弱堿B(OH)n為例，由式(2)，可得
(5)
第一化學(xué)化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí)滿足
(6)
定義滴定分?jǐn)?shù)為 ，可由式(5)和式(6)導(dǎo)出
(7)
對(duì)式(7)二分法求解，就可以計(jì)算出任意滴定分?jǐn)?shù)T時(shí)的溶液pH值，包括T=1時(shí)化學(xué)計(jì)量點(diǎn)溶液的 pH值，T=0.999時(shí)突躍起點(diǎn)溶液的pH值和T=1.001突躍終點(diǎn)時(shí)溶液的pH值
對(duì)于第m化學(xué)計(jì)量點(diǎn)，則有
(8)
可知，第m化學(xué)計(jì)量點(diǎn)時(shí) ，可代入式(7)計(jì)算出對(duì)應(yīng)的第m化學(xué)計(jì)量點(diǎn)的pH值，并且也可計(jì)算第m突躍起點(diǎn)即 和第m突躍終點(diǎn)即 時(shí)溶液的pH值。
第m化學(xué)計(jì)量點(diǎn)滴定誤差可由式(3)和式(4)導(dǎo)出
(9)
故若知道了指示劑變色點(diǎn)時(shí)的pH值 以及對(duì)應(yīng)的酸堿滴定劑、被滴定溶液的濃度，即可算出滴定終點(diǎn)誤差。
同理，也可由式(2)～(4)導(dǎo)出其它類型的酸堿滴定的pH值計(jì)算公式及終點(diǎn)誤差計(jì)算公式。
3.酸堿滴定的計(jì)算機(jī)模擬
3.1 程序計(jì)算功能的實(shí)現(xiàn)
程序開發(fā)主要采用模塊化編程技術(shù)，根據(jù)酸堿滴定的不同類型，定義了三種不同情況下pH值和滴定誤差的計(jì)算，即強(qiáng)強(qiáng)型(強(qiáng)酸滴定強(qiáng)酸或強(qiáng)酸滴定強(qiáng)堿)、強(qiáng)弱型(強(qiáng)堿滴定弱酸或強(qiáng)酸滴定弱堿)、弱強(qiáng)型(弱酸滴定強(qiáng)堿或弱堿滴定弱酸)，程序?qū)H值的計(jì)算主要是先建立含有質(zhì)子濃度的高次方程，然后通過二分法求解方程，畫圖主要采用了line函數(shù)，circle函數(shù)，指示劑的的變色點(diǎn)和顏色變化主要通過程序所建立的數(shù)組予以保存，程序通過計(jì)算出化學(xué)計(jì)量點(diǎn)的pH值，由此尋找數(shù)組中和此pH值最接近的變色點(diǎn)，并由此判斷出合適的指示劑。程序的滴定誤差主要通過式(3)和式(4)進(jìn)行計(jì)算。程序代碼限于篇幅不再提供。
3.2 應(yīng)用實(shí)例
0.1000 mol·L-1 HCL滴定20.00mL 0.1000 mol·L-1 Na2CO3溶液，已知H2CO3的Pka1=6.38，Pka2=10.25，計(jì)算各化學(xué)計(jì)量點(diǎn)的pH值及滴定突躍范圍并選擇合適的指示劑，繪制酸堿滴定曲線。
由分析化學(xué)知識(shí)可知，Na2CO3為二元弱堿，其Pkb1=14-10.25=3.75，Pkb2=14-6.38=7.62，運(yùn)行程序，選擇滴定劑為“一元強(qiáng)酸”，被滴定物質(zhì)為“二元弱堿”，分別輸入相應(yīng)的濃度及Na2CO3的各級(jí)解離平衡常數(shù)，程序主界面如圖1所示，程序運(yùn)算結(jié)果如表1所示。
圖1 酸堿滴定計(jì)算程序的主界面
從表1可以看出，程序運(yùn)算結(jié)果和文獻(xiàn)值吻合良好接近，由軟件推薦的指示劑滴定誤差滿足滴定要求。程序繪制的滴定曲線及計(jì)算結(jié)果如圖2所示。
圖2 0.1000 mol·L-1 HCl滴定0.1000 mol·L-1 Na2CO3的滴定曲線
4 結(jié)論
本文利用分析化學(xué)知識(shí)建立了酸堿滴定的數(shù)學(xué)模型，利用VB語言編程工具解決了復(fù)雜的酸堿滴定的計(jì)算問題。所編寫的程序可用來指導(dǎo)和預(yù)測(cè)酸堿滴定，判斷酸堿滴定的可行性，繪制酸堿滴定曲線，推薦合適的滴定指示劑;程序界面友好，計(jì)算精確，適用范圍廣泛，在理論教學(xué)和實(shí)際應(yīng)用中都具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1]岳宣峰，張延妮，盧櫻，張志琪. Excel軟件在酸堿滴定分析教學(xué)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2006，23(11)：1153-1155.
[2]金勝明，董鴻昌.多元酸堿滴定曲線及等當(dāng)點(diǎn)pH計(jì)算通用程序[J].浙江化工，1992，23(1)：36-40.
[3]曹家興，吳開治.多元酸堿滴定常用平衡圖的微計(jì)算機(jī)繪制[J].化學(xué)通報(bào)，1991，(9)：59-63.
[4]趙鑫，王殿書，叢培盛，朱仲良.pH精算及酸堿滴定曲線繪制通用軟件的開發(fā)[J].計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2010，27(2)：257-261.
[5]李靜敏，白郁華，李金龍. 酸堿滴定曲線的計(jì)算機(jī)顯示[J].計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)，2002，19(3)：274-276.
[6]王令今，王桂花.分析化學(xué)計(jì)算基礎(chǔ)[M].第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.
[7]倪靜安，商少明，翟濱.無機(jī)及分析化學(xué)教程[M].北京：高等教育出版社，2006.
[8]黃君禮.水分析化學(xué).北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.
酸堿滴定的計(jì)算機(jī)模擬探討相關(guān)文章：
1.小學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)探討論文
3.關(guān)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)課程的實(shí)踐探討論文
4.計(jì)算機(jī)維修與維護(hù)技術(shù)探討論文
5.信息技術(shù)在寫字教學(xué)中的運(yùn)用探討論文