使用Excel和Origin簡易繪制相圖的方法

尹宇新

（大連工業大學輕工與化學工程學院 遼寧大連 116034）

完全互溶雙液系沸點-組成圖和二元合金相圖的繪制是大學相關化學專業必修的物理化學實驗課程中的兩個必做實驗[1]。學生在利用實驗數據手工繪制相圖，由于坐標選取不恰當，連接實驗點畫曲線產生誤差等原因，一般都得不到令人滿意的相圖。隨著現代實驗技術的發展，物理化學實驗的數據處理過程已經從坐標紙、鉛筆、橡皮擦和曲線板的傳統繪圖模式中解放出來，全方位地被計算機數據處理所取代。一些數據處理軟件，如Excel 和Origin[2]等廣泛地應用到實驗數據處理過程中，提高了數據處理效率和準確性。Excel 在前期學習過程中已經有所接觸，較易采納與接受，Origin 軟件為英文界面，學生們在前期課程中接觸少，會普遍感覺陌生。本文將介紹用更簡潔的Excel 和Origin 繪制完全互溶雙液系沸點-組成圖和二元合金的方法，使學生能快速使用Excel 和Origin 完成對相圖的繪制，能進一步培養學生的數值分析與繪圖的能力。

一、完全互溶雙液系沸點-組成圖的簡易繪制方法

（一）實驗部分

主要儀器和試劑： 超級恒溫水浴；沸點儀；阿貝折光儀；電子分析天平，乙醇（分析純），環己烷（分析純）。

測試：配制具有不同組成的環己烷-乙醇溶液22 mL，測定沸點儀氣液平衡的沸點和25℃時氣液相的折光率。根據一系列精確配制的不同濃度乙醇環己烷溶液的折射率，擬合出一元二次方程為：x 環己烷= 92.575nD2 ? 242.550 nD + 158.650 (其中，nD 為在25.0 ℃時測得的溶液折射率；x 環己烷為溶液中環己烷的摩爾分數)，按此方程計算測定出來的組成。相應實驗數據和計算結果見表1。

表1

（二）作圖部分

已知在1 atm 下，無水乙醇沸點（tA*）是78.2 ℃ 和環己烷沸點（tB*）是80.7 ℃，結合實驗得到的溶液沸點與氣相組成和液相組成數據，可在Excel 中制成表2。

表2

1.使用excel 作圖過程

把表2 復制粘貼到Excel 后，首先選中y 環己烷和沸點/℃下面的數字，單擊“插入”，選擇“圖表中的散點圖”，接下來選擇“帶平滑線的散點圖”，這樣得到了一根平滑曲線。如法炮制選中y 環己烷和沸點/℃下面的數字，同樣的過程得到了另一根平滑曲線，在其中一個曲線圖上點右鍵復制文件，然后在另一個曲線圖上粘貼。雙擊縱坐標，在坐標軸選項的邊界和單位選擇合適的最大小值和主次要單位，雙擊橫坐標，在坐標軸選項中進行合適的選擇。單擊圖表右上角出現了一個“+”符號，單擊“+”選擇出現“坐標軸標題”和“圖表標題”，在縱坐標標題位置輸入“t/℃”，橫坐標標題位置輸入“x 環己烷”，圖標標題位置輸入“完全互溶雙液系沸點-組成圖”，這樣一個完整的相圖就繪制完成了，見圖1。

圖1

2.使用origin 作圖過程

打開origin 后，其默認打開了一個workbook 窗口，把表2 的數字部分復制粘貼到origin 的“workbook”中，origin默認了第一列是X 其他列是Y，在C 列點右鍵使用set as 選擇“X”，此時數據系列便為“A(x1)、B(y1)”與“C(x2)、D(y2)。選擇四列數據使用plot 選擇“line + symbal”中的“line + symbal”，這樣就得到了相圖的初圖。接下來就是處理美化的過程，首先雙擊相線在“line”中把原來的“Stright”改成“B-spline”，這樣相線更加圓滑了，其次使用graph 中的“new layer(axes)”和“right-Y”，雙擊右側Y 軸將其“scale”更改為與左側Y 軸格式完全一樣，然后雙擊X 軸將其“scale”更改為0～1，最后在相應位置輸入“t/℃，X 環己烷，完全互溶雙液系沸點-組成圖”，最終得到合理的完全互溶雙液系沸點-組成圖（見圖2）。

圖2

二、二元合金相圖的簡易繪制方法

（一）實驗部分

1.儀器和試劑

鉛（化學純）500 克，錫（化學純）500 克，不銹鋼樣品管6 個，計算機一臺，JX-3D8 型金屬相圖測量裝置一套。

2.實驗測試

測純鉛、含錫量為0%、20%、40%、61.9%、80%、100%等樣品的步冷曲線，為繪制相圖整理出相變點數據見表3。

表3

（二）作圖部分

1.使用Excel 作圖

把表3 復制粘貼到Excel 后，首先選中樣品（Sn%/100）和相變點溫度1（℃）下面的數字，單擊“插入”，選擇“圖表中的散點圖”，接下來選擇“帶平滑線的散點圖”， 這樣得到了一根平滑曲線。如法炮制選中樣品（Sn%/100）和相變點溫度2（℃）下面的數字，同樣的過程得到了另一根直線，在其中一條線圖上點右鍵復制文件，然后在另一條線圖上粘貼。雙擊縱坐標，在坐標軸選項的邊界和單位選擇合適的最大小值和主次要單位，雙擊橫坐標，在坐標軸選項中進行合適的選擇。單擊圖表右上角出現了一個“+”符號，單擊“+”選擇出現“坐標軸標題”和“圖表標題”，在縱坐標標題位置輸入“t/℃”，橫坐標標題位置輸入“ωSn”，圖標標題位置輸入“二元合金相圖”，這樣一個完整的相圖就繪制完成了，見圖3。

圖3

2.使用Origin 作圖

打開origin 后，其默認打開了一個workbook 窗口，把表3 的數字部分復制粘貼到origin 的“workbook”中，origin默認了第一列是X 其他列是Y，在C 列點右鍵使用set as 選擇“X”，此時數據系列便為“A(x1)、B(y1)”與“C(x2)、D(y2)”。選擇四列數據使用plot 選擇“line + symbal”中的“line + symbal”，這樣就得到了相圖的初圖。使用graph 中的“new layer(axes)”和“right-Y”，雙擊左右側Y 軸將其“scale”均更改為100-340，然后雙擊X 軸將其“scale”更改為0～1，最后在相應位置輸入“t/℃，ωSn，二元合金向圖”，最終得到簡易合理的二元合金相圖，見圖4。

圖4

三、結束語

繪制完全互溶雙液系沸點-組成圖和二元合金相圖的實驗相圖，在相圖數據基本合理有效的情況下，通過教師的指導，學生均能很快掌握Excel 和Origin 的實驗數據處理方法。將工具軟件數據處理方法應用到物理化學的實驗數據處理及教學活動中，可以培養學生嚴謹、實事求是、一絲不茍的工作態度。也為他們以后進行科研工作及科技論文的書寫打下了良好基礎，同時對提高學生的綜合處理問題的能力和綜合素質有很大的作用。