基于MATLAB的弱電解質電離平衡常數測定實驗的數據處理與圖形繪制研究

摘 要： 本文設計了Matlab 語言程序，并用于“電導法測定弱電解質的電離平衡常數” 的物理化學實驗的數據處理與圖形繪制， 處理結果與所作圖形均符合實驗要求。與手工作圖相比，具有簡潔、快捷與直觀等特點，而且可避免人為因素的誤差。

關鍵詞： 電離平衡常數 速率常數 MATLAB軟件

物理化學實驗具有數據多、處理麻煩、手工作圖、隨意性強、人為因素引起誤差大等問題。Matlab軟件[1]-[3]提供了多種線性與非線性擬合手段，精確度高，編程語言簡單易學，可視性強，接口實現方便，可以很好地進行自動化數據處理。采用Matlab語言進行編程以處理，可以避免許多人為因素引起的誤差，且編程簡單，計算結果與程序所作圖形均符合實驗要求。

本文以物理化學實驗“電導法測定弱電解質的電離平衡常數”為例[4]-[5]，編寫Matlab語言程序，并應用于實驗數據處理及圖形繪制，展示Matlab在物理化學實驗數據處理和圖形繪制中簡潔、快捷與直觀等特點。

1.實驗原理

2.實驗步驟

（1）調節恒溫槽，水溫保持25.0±0.1℃。

（2）按要求接好電導率儀，并打開電導率儀開關，預熱15min。

（3）電導率儀電導池常數的校正（詳見“LIDA DDS-W精密電導率儀操作手冊”）。

①調節溫度補償旋鈕，使其指示的溫度值與溶液溫度相同，將儀器測量開關設置校正（溫補）檔，調節常數校正鈕，使儀器顯示電導池實際常數值。

③否則，重復上述①、②步，再進行校正，直到滿意。

（4）HAc溶液的電導率的測定。

①用移液管從0.0200 mol·L HAc溶液中吸出20 mL溶液放入干凈的反應管中，將電導池先用電導水蕩洗并用濾紙吸干（濾紙切勿觸及鉑黑！）放入待測液中恒溫10 min測量其電導率，重復3次，取平均值。

②再用移液管準確移出20.00 mL上述反應管中的溶液，棄去。再用移液管準確移入20.00 mL電導水，置于上述反應管中，將電導池先用電導水蕩洗并用濾紙吸干（濾紙切勿觸及鉑黑），攪拌均勻后，恒溫10 min測定其電導率3次，取平均值。

③—⑤仿照步驟②的操作，使濃度由大到小，測定不同濃度HAc溶液的電導（率）。

最后傾去反應管中的溶液，放至烘箱或烘干器烘干。電導池用電導水洗凈并用濾紙吸干，待用。

3.實驗數據記錄與實驗數據處理

（1）實驗數據記錄

在25.0℃時，實驗測得不同濃度的醋酸水溶液相應的電導率，如下表所示

（2）設計MATLAB程序處理實驗數據和繪制圖形

（3）運行結果

在MATLAB 7.0環境下運行得到原始數據散點圖形和直線擬合后的圖形，然后對圖形進行編輯，其方法是：點擊Figure界面中主菜單Edit按鈕，跳出一個對話框；然后點擊Figure Properties按鈕，再用鼠標拖動圖形和圖題調整到相應位置；最后點擊對話框中Copy Figurer按鈕，將圖形拷貝到Word文檔中，如圖1所示。

4.結論

MATLAB制作相圖具有可靠性和極強的可操作性，提高實驗效率，效果明顯，必將成為學生和教師的得力助手，在物理化學實驗教學中具有很強的推廣應用價值。

參考文獻：

[1]李旭，陳志剛.MATLAB和Monte Carlo法在連續反應動力學中的應用[J].廣州化工，2014，42（4）：54-57.

[2]黃雪征，張常群.連續反應動力學的計算及過程的計算機模擬[J].計算機與應用化學，2005，21（3）：211-214.

[3]許國根，許萍萍.化學化工中的數學方法及MATLAB實現[M].北京：化學工業出版社，2008：1-312.

[4]李強國，劉文奇，肖圣雄，鄧斌，魏得良.基礎化學實驗[M].南京：南京大學出版社，2012：294-296，313-316.

[5]楊道武，曾巨瀾，申少華，李強國，劉治國，周昕.基礎化學實驗（下）[M].武漢：華中科技大學出版社，2009：64-68，92-96.

基金項目：湖南省應用化學重點建設學科（湘教發[2011]76號）；湘南稀貴金屬化合物及其應用湖南省重點實驗室資助（湘科函字[2011]65號）。