Origin7_0在化学动力学数据处理中的应用

1、青海师专学报(教育科学)JOURNALOFQINGHAIJUNIORTEACHERSCOLLEGE(EducationScience)2005年第6期文章编号:1007-0117(2005)06-0053-03No6.2005王红(青海民族学院化学系,青海西宁810007)摘要:本文详细介绍了数据分析和工程绘图软件Origin7.0在化学动力学中的数据处理的优势,并与手工作图相比,Or2igin7.0对数据作线性回归处理,不仅方便快捷,减少数据处理的误差,而且极大的提高分析结果的准确度,据处理中是一种非常有用的数据处理工具.关键词:Origin7.0;化学动力学;数据处理;线性回归中图分类号:

2、O64312文献标识码:AOrigin是(公司的前身)推出的在Windows平台下用于数据分析、工程绘图的软件.O0,对从实验数据绘制出高质量的曲线图的功能有了进一步的改进.将其应用到化学动力学中的数据处理、标准曲线绘制及线性回归方程的拟合中,不仅简化了数据处理的过程,而且还提高了分析结果的准确度,是一个非常有用的化学动力学数据处理工具.为培养学生“数据处理科学化”的思想提供了实训的机会.化学力学主要研究化学反应的反应机理和反应速率.在反应速率研究中,反应级数的确定是动力学研究的重要内容,某一化学反应的反应级数不仅告诉我们浓度是怎样影响反应速率的,从而通过调整浓度来控制反应速率;而且可以帮助我

3、们探讨该反应的反应机理,了解反应的真实过程,此外,反应级数的确定还可为化工生产中给反应器的设计提供必须的参数.本文用手工作图和Origin7.0数据处理作比较,实验表明Ori2gin7.0数据处理的结果可靠、程序操作简单、无人为的差错.11反应级数的确定反应级数的确定通常有积分法、微分法、半衰期法等.1.1积分法(也称尝试法)将实验数据(各时间t和相应的浓度)代入各反应级数的积分公式中,以最简单的情况,既反应速率方程的表达式为:r=k为例.当n=1时,ln当n1时,A=aktAnn-1-n-1=(n-1)akt,AA00为起始浓度,a为A物质的化学计量数)一一计算速率k,若按某公式算出的k不变

4、,则该公式的级数就是这个反应的反应级数.通常可以用Ex2cel就可作到,而Origin7.0中也有Excel工作表.(其中代表某一时刻t所对应的A物质的的浓度,收稿日期:2005-05-25作者简介:王红(1967-),女,河南许昌人,青海民族学院化学系副教授,主要从事物理化学及结构化学方面的研究.53青海师专学报(教育科学)作图法:将各种动力学方程线性化:当n=1时,=A-akt,以对t作图为直线;n1时,n-1-n-1=(n-1)akt,以n-1对t作图为直线.AA0A将相应浓度的某种函数对时间作图,若得直线,即为对应的n级反应.1.2微分法利用浓度随时间的变化率-与浓度的关系求n的方法.

5、dtn=kAadt=lnak+dt取对数:-以-对作图,其直线斜率即为n,而截距为ak=kAdt1.3半衰期法n-1A0取对数有:=常数-(n-1)ln0以,(n-).2对于n级反应有:2上述几种方法中,:Origin7.5处理数据提供了方便.2,32用Origin7.2.1Origin7.0,最基本的是根据Worksheet制图,Worksheet制图方法有多种,在此介绍直接将数据y和数据x放在Worksheet中的方法.一个Worksheet数据组实际是一个一维数列,包含文本或数值,每个数据组是Worksheet的一列,列的惟一的属性设置:x,y,z,l(标签),x误差,y误差或Disre

6、garded(无关列)启动Origin7.0后,在弹出的Worksheet的x列,依次输入x值,在Y列输入相应的y值.作散点图:选定x与y的数据区,用鼠标点击绘制散点图(PlotScatterGraph)的图标,此时便弹出已在x-y坐标中描好数据点的图形窗口(Graph1).Graph窗口是Origin中最重要的组成部分,在这里完成制图,实现数据可视化.制图包括二维和三维,其中对具有y=A+Bx形成的线性关系式来讲,只需用二维Graph即可.绘制标准曲线:点击下拉菜单“分析”项下的“线性拟合”命令(Analysis/FitLinear)系统即刻绘出标准曲线.2.2回归方程系统在绘出标准曲线的同

7、时,又弹出回归分析结果报告窗口(Results),给出了线性回归方程y=A+Bx中的A和B的数值以及y与x的相关系数(r),由此可确定线性方程y=A+Bx的具体表达式.根据反应级数的确定所选用的不同方法,赋予A及B不同的含义,根据A及B不同的含义来确定相应的n及k值.3数据处理与结果分析以醋酸甲酯的皂化反应为例.当醋和碱的初始浓度相等,在25下用标准酸溶液滴定体系中剩余的碱数据如下:t/min10C碱/(molL3-13)7.4056.3475.50104.64153.63212.88252.54当酯和碱的初始浓度相等,且化学计量系数相等时:n-=kAC酯=C碱=Adt54当n=1时,lnA=

8、A-akt,以对t作图为直线;当n1时,n-1-n-1=(n-1)akt,以n-1对t作图为直线.AA0A利用Origin7.0软件对上述数据进行线性回归,结果如下:反应级数n=0n=1n=2xtttyAlnA1/A由以上分析结果可得,当n=2时,其相关系数最大,线性关系最好,所以,该反应的反应级数应为n=2,此时,A=1/A0为截距,B=k为斜率.将n=2时,手工作图结果与上述结果比较:学生1AB学生299.0111.Origin7.0软件98.95117.其中A=1/A0,B=k手工作图与O.n不同情况下对应的图形,工作量很大,n,不如用Origin7.0软件那样直观.4结论用Origin

9、7.0软件来处理化学动力学数据,不仅能提高分析结果的准确性,使数据处理与标准曲线的绘制简单化,并且能用于化学动力学其它数据的处理.Origin7.0的程序较小,一般的小型计算机的硬件都能满足它的要求,是一种非常有用的数据处理和绘图工具.此外,通过使用Origin7.0软件,能使学生掌握课程之外的一些数据处理技巧,进一步地拓展同学们的计算机软件应用能力,有助于综合素质的培养与提高.参考文献:1韩德刚,高盘良.化学动力学基础M.北京:北京大学出版社,2001,60-100.2周剑平.精通Origin7.0M.北京:北京航空航天大学出版社,2004.80-303.3赵文元,王亦军.计算机在化学化工中

10、的应用技术M.北京:科学出版社,2001.160-251.intheReactionKineticsWANGHong(DepartmentofChemistry,QinghaiNationalitiesUniversity,XiningQinghai810007,China)Abstract:ThemethodsandresultsofdataprocessingwiththeOrigin7.0softwarearepresented,anditiscomparedwithdrawnbyhand.Theresultsshowthatitisnotonlyeasierandfaster,buttheerrorsofdataprocessingcanbediminishedthatapplyingthissoft2ware.And