高校物理化學實驗數據處理新思路

謝玉忠，孫光延

（延邊大學 理學院化學系，吉林 延邊 133002）

高校物理化學實驗數據處理新思路

謝玉忠，孫光延

（延邊大學 理學院化學系，吉林 延邊 133002）

介紹了軟件CurveExpert的主要功能和使用方法。運用該軟件處理物理化學實驗數據，解決了數據多、處理麻煩、手工作圖誤差大的問題，且結果完全符合實驗要求。

CurveExpert；物理化學實驗；數據處理

數據處理是高校理科物理化學實驗中非常重要的一個環節，它可以考察學生對實驗原理的理解程度，檢驗實驗的準確性。傳統的手工數據處理方法，數據計算量大、處理復雜費時費力，并且在坐標紙上繪制圖形時容易引入人為誤差，導致相同的原始數據卻得到不同的實驗結果。長期以來相關學者一直在探討將計算機應用于物理化學實驗，以提高學生的學習效率和興趣。在利用計算機軟件處理物理化學實驗數據方面，很多學者做了較廣泛的研究。

本文以純液體飽和蒸汽壓測定實驗為例，介紹Curve-Expert軟件在物理化學實驗數據處理中的應用。

一、CurveExpert簡介

CurveExpert是一款共享軟件。體積小功能強，包括30個線性或非線性擬合模型，同時可以自定義模型。對原始數據的處理也非常簡單，內置了大量的常用函數，數據變換過程只需要輸入相應的參數即可，而不需要輸入相對復雜的公式。同時，又需要操作者對原始數據的處理流程有明確的認識，有利于對實驗原理的理解掌握。在一些科研領域已有相關的應用報道。

二、實驗原理

純液體的飽和蒸汽壓與溫度的關系可用克勞修斯－克拉貝龍方程式表示：

式中：P為液體在溫度T時的飽和蒸氣壓；T為絕對溫度；⊿H氣為液體摩爾氣化熱（J·mol-1）；R為氣體常數。在溫度較小的變化范圍內，⊿H氣可視為常數，積分（1）式可得：

由（2）式可知，若將lnP對1/T作圖應得一直線，直線斜率

由此得到：

由圖解法先求得斜率m，然后再由（3）式算出摩爾氣化熱⊿H氣。

三、原始數據的處理

啟動CurveExpert軟件，分別在X、Y兩列中輸入實驗原始數據：實驗溫度和壓差計值。根據實驗原理的要求，需要對這兩列數據進行變換處理。即X列要加上273.15，將攝氏溫度轉變成絕對溫度；Y列用實驗室的大氣壓進行差減，以得到實驗溫度下體系內液體的飽和蒸汽壓。在軟件的Data菜單中選擇Manipulation，打開Data Manipulation對話框。此對話框可以對數據表中的數據進行加減、乘除、篩選以及排序。點擊translate標簽，在這里可以對X、Y列中現有的數據進行加減操作；在X Translation Factor輸入框中填入273.15，在Y Translation Factor輸入框中填入-754，然后點擊Apply。可以看到數據表中X、Y列數據的變化。點擊Scale標簽，這個標簽中可以對X、Y列中現有的數據按一定的比例進行乘除操作。在Y Scale Factor輸入框中填入-1，點擊Apply，將Y列數據變為正值。然后點擊Close按鈕退出。

實驗絕對溫度的倒數值和飽和蒸汽壓自然對數值的計算。在Data菜單中選擇Transform，打開Transformation對話框，將數據表中的數據進行函數操作。首先對X列進行處理：在Function框中選擇X^a函數，在a=框中輸入-1，Operate On選項中選定X Column，然后點擊OK。同樣的方法處理Y列的數值，在Function框中選擇ln（x）函數，在a=框中數值保持默認（這里用不到a值），Operate On選項中選定Y Column，點擊OK完成操作。通過上述操作將原始實驗數據變換處理完畢。此時，在窗口右下部的圖形預覽框中，可以看到處理后的數據點所繪制的圖形。

四、數據點的線性擬合及實驗結果的獲取

通過數據點的擬合，獲取線性（非線性）方程中的相應系數，是數據處理過程中的重要步驟。飽和蒸汽壓測定數據處理，要獲取的是所擬合直線方程的斜率，用于計算摩爾汽化熱。在軟件菜單中點擊ApplyFit，其中包含了大部分常見的線性和非線性擬合的模型。選擇linear，彈出數據圖形窗口。右上角顯示標準偏差S=0.00972453和線性系數r=0.9996665。點擊左上角的Info按鈕，可以看到線性擬合的方程以及方程中的相關系數值。根據線性擬合的結果可知，直線的斜率：m=-4024.21569，由（3）式可以計算出該純液體的摩爾汽化熱：⊿H氣=33.457KJ·mol-1。鼠標右鍵點擊數據圖形，調出快捷菜單，選擇Analyze菜單，出現Analyze窗口，在這里軟件可以利用擬合出來的公式進行X→Y或Y→X的推算，以獲得實驗所用純液體的正常沸點。另外還可以進行積分、微分以及弧度的求算。為了考察CurveExpert1.4軟件對實驗數據處理結果的準確性，用經典的數據處理軟件Origin7.0以及MicrosoftExcel2003對同一組數據進行了處理。結果表明，CurveExpert處理的結果與另外兩個商業軟件的處理結果一致。

表1 不同軟件處理結果對比

五、結論

CurveExpert作為一款共享軟件，體積雖小，但功能強大，操作簡單，在注冊前并沒有功能的限制。通過純液體飽和蒸汽壓測定實驗數據的處理，得到了理想的結果。并且所得結果與另外兩個商業軟件的處理結果一致，完全可以勝任物理化學實驗數據的處理。

[1]謝玉忠，周子彥.物理化學實驗的計算機模擬設計與實現[J].延邊大學學報（自然科學版），2001，（27）.

[2]東北師范大學，等.物理化學實驗[M].第二版.北京：高等教育出版社，1989.

G642

A

1674-9324（2014）36-0079-02

謝玉忠（1972-），男，吉林和龍人，研究生，講師，研究方向：物理化學。