高校物理化学实验数据处理新思路

2014-07-08谢玉忠孙光延

教育教学论坛 2014年36期

关键词：蒸汽压延边物理化学

谢玉忠，孙光延

（延边大学理学院化学系，吉林延边 133002）

高校物理化学实验数据处理新思路

谢玉忠，孙光延

（延边大学理学院化学系，吉林延边 133002）

介绍了软件CurveExpert的主要功能和使用方法。运用该软件处理物理化学实验数据，解决了数据多、处理麻烦、手工作图误差大的问题，且结果完全符合实验要求。

CurveExpert；物理化学实验；数据处理

数据处理是高校理科物理化学实验中非常重要的一个环节，它可以考察学生对实验原理的理解程度，检验实验的准确性。传统的手工数据处理方法，数据计算量大、处理复杂费时费力，并且在坐标纸上绘制图形时容易引入人为误差，导致相同的原始数据却得到不同的实验结果。长期以来相关学者一直在探讨将计算机应用于物理化学实验，以提高学生的学习效率和兴趣。在利用计算机软件处理物理化学实验数据方面，很多学者做了较广泛的研究。

本文以纯液体饱和蒸汽压测定实验为例，介绍Curve-Expert软件在物理化学实验数据处理中的应用。

一、CurveExpert简介

CurveExpert是一款共享软件。体积小功能强，包括30个线性或非线性拟合模型，同时可以自定义模型。对原始数据的处理也非常简单，内置了大量的常用函数，数据变换过程只需要输入相应的参数即可，而不需要输入相对复杂的公式。同时，又需要操作者对原始数据的处理流程有明确的认识，有利于对实验原理的理解掌握。在一些科研领域已有相关的应用报道。

二、实验原理

纯液体的饱和蒸汽压与温度的关系可用克劳修斯－克拉贝龙方程式表示：

式中：P为液体在温度T时的饱和蒸气压；T为绝对温度；⊿H气为液体摩尔气化热（J·mol-1）；R为气体常数。在温度较小的变化范围内，⊿H气可视为常数，积分（1）式可得：

由（2）式可知，若将lnP对1/T作图应得一直线，直线斜率

由此得到：

由图解法先求得斜率m，然后再由（3）式算出摩尔气化热⊿H气。

三、原始数据的处理

启动CurveExpert软件，分别在X、Y两列中输入实验原始数据：实验温度和压差计值。根据实验原理的要求，需要对这两列数据进行变换处理。即X列要加上273.15，将摄氏温度转变成绝对温度；Y列用实验室的大气压进行差减，以得到实验温度下体系内液体的饱和蒸汽压。在软件的Data菜单中选择Manipulation，打开Data Manipulation对话框。此对话框可以对数据表中的数据进行加减、乘除、筛选以及排序。点击translate标签，在这里可以对X、Y列中现有的数据进行加减操作；在X Translation Factor输入框中填入273.15，在Y Translation Factor输入框中填入-754，然后点击Apply。可以看到数据表中X、Y列数据的变化。点击Scale标签，这个标签中可以对X、Y列中现有的数据按一定的比例进行乘除操作。在Y Scale Factor输入框中填入-1，点击Apply，将Y列数据变为正值。然后点击Close按钮退出。

实验绝对温度的倒数值和饱和蒸汽压自然对数值的计算。在Data菜单中选择Transform，打开Transformation对话框，将数据表中的数据进行函数操作。首先对X列进行处理：在Function框中选择X^a函数，在a=框中输入-1，Operate On选项中选定X Column，然后点击OK。同样的方法处理Y列的数值，在Function框中选择ln（x）函数，在a=框中数值保持默认（这里用不到a值），Operate On选项中选定Y Column，点击OK完成操作。通过上述操作将原始实验数据变换处理完毕。此时，在窗口右下部的图形预览框中，可以看到处理后的数据点所绘制的图形。

四、数据点的线性拟合及实验结果的获取

通过数据点的拟合，获取线性（非线性）方程中的相应系数，是数据处理过程中的重要步骤。饱和蒸汽压测定数据处理，要获取的是所拟合直线方程的斜率，用于计算摩尔汽化热。在软件菜单中点击ApplyFit，其中包含了大部分常见的线性和非线性拟合的模型。选择linear，弹出数据图形窗口。右上角显示标准偏差S=0.00972453和线性系数r=0.9996665。点击左上角的Info按钮，可以看到线性拟合的方程以及方程中的相关系数值。根据线性拟合的结果可知，直线的斜率：m=-4024.21569，由（3）式可以计算出该纯液体的摩尔汽化热：⊿H气=33.457KJ·mol-1。鼠标右键点击数据图形，调出快捷菜单，选择Analyze菜单，出现Analyze窗口，在这里软件可以利用拟合出来的公式进行X→Y或Y→X的推算，以获得实验所用纯液体的正常沸点。另外还可以进行积分、微分以及弧度的求算。为了考察CurveExpert1.4软件对实验数据处理结果的准确性，用经典的数据处理软件Origin7.0以及MicrosoftExcel2003对同一组数据进行了处理。结果表明，CurveExpert处理的结果与另外两个商业软件的处理结果一致。