Excel酸度计算简介.doc

Excel酸度计算简介（V2.1） 酸度计算是大学化学的重要基础知识。它既是一项基本技能，也是一种深入认识酸碱溶液及其反应和研究酸度问题的手段。由于酸碱体系的复杂性，除一元强酸碱外，H+均系高次方程，计算并非易事。准确地求解H+是没有必要的，通常使用近似处理的方法。近似处理需要判据。目前可供使用的可靠判据很少，且仅适合简单酸碱溶液的处理。对于大多数酸碱溶液，特别是多元酸碱，又尤以离解常数比较接近的，或者多组分的，或者较低浓度的溶液，没有现成判据可供使用，事实上酸度计算已无从下手。若勉强使用那些不对口径的简单判据，其计算结果的可靠性便无从谈起，准确程度也无法知晓；若继续推导这些体系的判别式，不仅因推导愈加困难，而且使用判据也更趋麻烦，因而不是解决问题的方向。在这种的情况下，利用计算机求解高次方程则简单得多，不仅可以彻底地解决酸度计算问题，而且还可以作为Excel工具使用。于是，这是一件很有意义的事。Excel酸度计算（以下简称酸度计算）的目的是，试图在有可靠准性和准确性保证的前提下，使对任何酸碱体系的酸度计算成为可能，并初步成为有实用价值的Excel酸度计算工具，同时为酸度问题的研究提供数据服务。酸度计算V2.0是V1.3的升级版。更新的主要内容是把原来的酸碱溶液酸度计算表和酸碱反应酸度计算表合并为一个计算表酸度计算表，并增加酸碱物质离解常数文件。新版本扩大了计算的范围和功能，提供了更多的酸度数据资源。V2.1在V2.0的基础上作了一些完善性修订。一、配置要求硬件系统：Pentium，内存128M及其以上。操作系统：Windows98/Me/ NT/ 2000/XP。工作软件：Microsoft Excel 2000及其以上。二、计算对象体系酸度计算表的计算对象体系是由酸碱物质的分类及其组合构成的。1.酸碱物质的分类酸碱物质包括酸、碱、两性物质。为了方便，在计算的角度上把共额对也视为酸碱物质的一个类别，共4个首级分类，8个末级分类。分类中所对应的酸碱均包括强弱酸碱，且不区分元数。（1）酸：只有酸一类。（2）碱：只有碱一类。（3）两性物质：去一氢酸盐，去二氢酸盐，去三氢酸盐。（4）共额对：一级共额对，二级共额对，三级共额对。2.酸碱物质的组合组合是指酸碱物质之间的混合关系。酸碱物质首级分类的组合（包括自混合）共10种：（1）酸+酸，（2）碱+碱，（3）酸+碱，（4）两性物质+两性物质，（5）两性物质+酸，（6）两性物质+碱，（7）共轭对+共轭对，（8）共轭对+酸，（9）共轭对+碱，（10）共轭对+两性物质。末级分类的组合共36种。每种末级分类的组合就是一个计算对象体系（以下简称对象体系）。三、系统结构酸度计算由三部分组成：酸度计算表、酸碱物质离解常数和溶液酸度资料库。酸度计算表用于计算对象体系的酸度，是本软件的主体；酸碱物质离解常数可供计算时查找或复制离解常数；溶液酸度资料库用来存放、编辑和查阅酸度资料。酸度计算表根据对象体系设立工作薄。每种对象体系一个工作簿，共37个工作簿（因“碱+碱”分别用H+和OH-表示酸度，多用了一个工作簿）。工作薄下设“计算工具”工作表和示例工作表，前者用于存放运算程序、工作界面，后者提供使用示范。工作表由参数输入区、组分浓度计算区和酸度计算区三个部分组成。参数输入区设离解常数、原始浓度和加入体积项，用于参数的输入。组分浓度计算区设体系中各组分的组分浓度项，用于溶液混合后各组分浓度的计算。酸度计算区分为初始数值区和循环数值区两部分，前者是为酸度准确值运算程序的运行提供一个启动值，后者是运行并完成酸度的准确计算。组分浓度计算区和酸度计算区又分为当前计算区和扩展计算区。当前计算区只有1列，用于输入参数的当前值计算；扩展计算区有9列，用于依托于当前计算结果的扩展值计算。扩展计算的目的是充分挖掘本计算表的数据资源，目前可以一次性计算10个酸度数据。扩展计算区还可以根据需要增添。四、计算原理酸度计算表中的酸碱使用Brnste定义。溶剂为水。酸度计算的基础是计算对象体系的完整PBE。对PBE不作任何忽略地推导出体系H+(或OH-)高次方程，对其求解所得到的H+(或OH-)即为准确值。酸碱体系包括通常所指的酸（碱）物质溶于水所得的溶液、酸（碱）混合溶液和酸碱发生反应的溶液。在Brnste理论看来，酸碱物质无论是溶解、混合，还是反应，其体系的本质都是质子传递反应，都将严格遵守质子守衡，因此酸度计算的原理是相同的。酸度计算的方法是迭代运算法。由高次方程和迭代运算法所组成的程序酸度准确值运算程序（又称主运算程序）是本计算表的核心。五、技术指标1.计算对象 三元及三元内可溶性酸碱物质的水溶液体系。2.参数单位 浓度：mol/L；体积：ml。3.浓度范围 强碱的总组分浓度10mol/L，其余无限制。4.计算组分 15组分（包括溶剂水）。5.酸度表示 除“碱+碱”分别用H+和OH-表示外，其余用H+表示酸度。6.数字格式 离解常数为小数点后1位的科学记数格式，显示2位；浓度为小数点后3位的科学记数格式，显示4位；体积为小数点后2位的数值格式，显示小数点后2位，小数点前由实际输入的决定；H+(或OH-)为小数点后3位的科学记数格式，显示4位。7.计算准确度 计算结果的H+10-14数量级时，准确数字的位数2。六、基本功能1.计算功能。计算对象体系的酸度。其计算方式如下：（1）单一酸碱物质溶液的酸度；（2）混合酸碱物质溶液的酸度；（3）酸碱反应发生后溶液的酸度；（4）酸碱体系中任意单一组分和组分任意组合的酸度；（5）酸碱体系加水稀释后的酸度。上述各类均可计算输入参数的酸度当前值，或当前值和扩展值的部分或全部计算值。2.资料功能。酸碱物质离解常数搜集了上百种酸碱物质的离解常数，可供计算时查找并可复制使用。溶液酸度资料库现已保存有10个浓度下上百种酸碱溶液的H+(或OH-)及其pH，读者还可以根据自己的需要更新或创建更多的溶液酸度资料，以供查阅。3.辅助研究功能。利用当前计算值和扩展计算值的10个数据，可以方便地进行有关酸度问题的研究。例如，酸碱物质溶液的酸度随浓度变化的规律，在酸碱体系中酸度的构成、贡献和变化走向，缓冲溶液的缓冲范围、缓冲能力以及配制设计等。也还可以利用酸度的计算结果进一步对滴定曲线、指示剂选择与终点误差等问题进行研究。七、软件特点1.不用安装。下载后即可使用。2.操作简单。在输入参数并激活后，运算便自动进行。3.计算结果准确、可靠。由于主运算程序是基于完整的PBE所编写，所以计算的H+是准确的和可靠的。对于计算结果的H+即便在10-14数量级这种不利的情况下，仍有2位有效数字是准确的。H+数量级越高，其准确的数字位数越多，能够满足或超过2位有效数字在准确性上的需要。当使用不同的工作表计算参数相同的同种溶液，其计算结果是相同的。4.应用范围广泛。应用范围已覆盖了大学化学中常见的酸碱体系。5.计算灵活多样。既可以计算某一浓度（组）下的，也可以一次性计算10个浓度（组）下的酸度；既可以计算酸碱物质溶解或混合后溶液的酸度，也可以计算酸碱反应发生后溶液的酸度；既可以在参数缺省情况下，也可以在参数满值的情况下，计算体系中任意单一组分和组分任意组合的酸度，以及各种酸碱体系加水稀释后的酸度等。此外，某种酸碱物质还可以在凡含有它的类别的任何一个“计算工具”工作表中计算。6.实用性强。由于本软件的应用范围广泛，因而无论是在学习、教学还是实验室工作中都有较大的应用价值。而工作表中参数输入区的设置，已接近于从储备液开始的实际实验操作。例如，加入溶液或者水多少毫升等，这就更具实用性。7.兼具资料性和研究性。本软件的主体是一种酸度计算的工具。除工具性外，酸碱物质离解常数和溶液酸度资料库，现已提供了不少的资料和数据，并可以新建和编辑。酸度计算表中灵活的计算手段和扩展为10列的计算值，将为酸度问题的研究提供充分的方法和计算数据服务。八、特别说明1.本软件计算的酸度是准确值，但其准确性仍只具有相对的或数学上的意义。因为迭代的次数不可能是无限的，而离解常数的文献值以及其他参数的差异也会使计算结果有所不一致，所以把准确值绝对化是没有意义的。一味地追求绝对准确，是无法实现的，也是不必要的。2.本软件中的酸度计算表、酸碱物质离解常数和溶液酸度资料库，在其根目录上分别有较详细的使用说明，敬请阅读。3.本软件中引用的离解常数，摘自武汉大学编分析化学、常文保等编简明分析化学手册、朱元保等编电化学数据手册，以及中南冶金学院分析化学教研室编化学分析手册。仅此致谢。4.限于作者水平，本软件还有不少