Origin8.0在乙酸乙酯皂化反应实验数据处理的应用

第４ｌ卷第７期　２０１３年４月　广州化工　ＶｏＬ４ｌ　Ｎｏ．７　Ａｐｒｉｌ．２０１３　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｏｒｉｇｉｎ８．０在乙酸乙酯皂化反应实验数据处理的应用　库尔班江・肉孜　，加米拉・扎衣顿　，刘瑞泉　（１新疆大学化学化工学院，新疆　乌鲁木齐８３００４６；　２新疆化学工业学校４Ｌ－ｖ－－系，新疆乌鲁木齐８３００２１）　摘　要：Ｏｒｉｇｉｎ８．０是一个多文档界面的应用程序，功能强大，普遍用于数据分析和科研绘图。运用该软件对‘‘乙酸乙酯皂　化反应”的数据进行处理，数据处理误差小，图形美观，方便、快捷，也更科学、合理。结合计算机的应用，对提高学生的综合　处理能力和综合素质有很好的效果。另外，Ｏｒｉｇｉｎ８．０软件的使用可客观的评价学生的实验结果。　术　关键词：Ｏｒｉｇｉｎ软件；乙酸乙酯皂化反应；数据处理；应用　中图分类号：０６４３．１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—９６７７（２０１３）０７—０１９０—０３　Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｏｒｉｇｉｎ　８．０　ｔｏ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｄａｔａ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｃｅｔｉｃ　Ｅｔｈｅｒ　Ｓａｐｏｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ＫＵＲＢＡＮＪＩＡＮ　Ｒｏｕｚｉ　，ＪＩＡＭＩＬＡ　Ｚａｙｉｄｕｎ　，ＬＩＵ　Ｒｕｉ—ｑｕａｎ。　（１　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｙ，Ｘｉｒｎｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ　Ｕｒｕｍｑｉ　８３００４６；　２　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｙ　Ｓｃｈｏｏｌ，Ｘｉｒ￣ｉａｎｇ　Ｕｒｕｍｑｉ　８３００２　１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｒｉｇｉｎ　ｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｄｏｃｕｍｅｎｔ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，ｈａｄ　ｓｔｒｏｎｇ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｂｅ　ｐｏｐｕｌａｒｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｄａｔａ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ，ｄａｔａ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ａｎｄ　ｍａｐ—ｍａｋｉｎｇ．Ｗｈｅｎ　ｃｏｐｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｏｆ“Ａｃｅｔｉｃ　Ｅｔｈｅｒ　Ｓａ—　ｐｏｎｉｆｉｅａｔｉｏｎ”，ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｃａｎ　ｄｉｍｉｎｉｓｈ　ｔｈｅ　ｅｒｒｏｒｓ　ｏｆ　ｄａｔａ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｍａｋｅ　ｄａｔａ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｅａｓｉｅｒ　ａｎｄ　ｒｅｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉ—　ｍｅｎｔ　ｒｅｐｏｒｔｓ　ｍｏｒｅ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｉｔ　ｗｏｕｌｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎ—　ｓｉｒｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｑｕａｌｉｔｉｅｓ　ｏｆ　ｓｔｕｄｅｎｔｓ．Ｉｎ　ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｏｒｉｇｉｎ８．０　ｃａｎ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ｓｔｕｄｅｎｔ，Ｓ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎ　ａ　ｆａｉｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｏｒｉｇｉｎ　ｓｏｆｔｗａｒｅ；ａｃｅｔｉｃ　ｅｔｈｅｒ　ｓａｐｏｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｄａｔａ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　在物理化学实验的数据处理过程中，大部分实验数据处理　复杂，通常需要进行大量的数据计算、图表的绘制、求斜率　算后作图；③数据排序；④选择需要的数据范围作图；⑤数　据点屏蔽。　等…。学生完成实验报告，须耗费大量的精力和时间。且误差　较多。利用Ｏｒｉｇｉｎ８．０软件可方便地进行作图、线性拟合、非线　性曲线拟合等数据处理，能够满足物理化学实验数据处理的要　求　Ｊ。改进这类数据处理方法能更大程度地提高实验教学及科　研工作效率。下面介绍用Ｏｒｉｇｉｎ８．０软件对“二级反应——乙　１．２线性拟合　当绘出散点图或点线图后，选择Ａｎａｌｙｓｉｓ菜单中的Ｆｉｔ　Ｌｉｎｅａｒ　或Ｔｏｏｌｓ菜单中的Ｌｉｎｅａｒ　Ｆｉｔ。即可对图形进行线性拟合。结果　记录中显示拟合直线的公式、斜率和截距的值及其误差，相关　系数和标准偏差等数据。在线性拟合时，可屏蔽某些偏差较大　的数据点，以降低拟合直线的偏差。　酸乙酯皂化反应”实验数据处理的方法。以此为例本文还简要　介绍了Ｏｒｉｇｉｎ８．０软件的部分功能在物化实验数据处理中的应　用。　１．３非线性曲线拟合　Ｏｒｉｇｉｎ提供了多种非线性曲线拟合方式：①在Ａｎａｌｙｓｉｓ菜　单中提供了如下拟合函数：多项式拟合、指数衰减拟合、指数　增长拟合、ｓ形拟合、Ｇａｕｓｓｉａｎ拟合、Ｌｏｒｅｎｔｚｉａｎ拟合和多峰拟　合；在Ｔｏｏｌｓ菜单中提供了多项式拟合和Ｓ形拟合。②在Ａｎａｌ—　ｙｓｉｓ菜单中的Ｎｏｎ一１ｉｎｅａｒ　Ｃｕｒｖｅ　Ｆｉｔ选项提供了许多拟合函数的　１　Ｏｒｉｇｉｎ８．０软件的一般用法　。　１。１　数据作图　Ｏｒｉｇｉｎ可绘制散点图、点线图、柱形图、条形图或饼图以　及双Ｙ轴图形等，在物化实验中通常使用散点图或点线图。　公式和图形。③Ａｎａｌｙｓｉｓ菜单中的Ｎｏｎ一１ｉｎｅａｒ　Ｃｕｒｖｅ　Ｆｉｔ选项可　Ｏｒｉｇｉｎ有如下基本功能：①输入数据并作图；②将数据计　让用户自定义函数。　基金项目：新疆维吾尔自治区精品课程建设（２００７年）。　作者简介：库尔班江・肉孜（１９６９一），男，新疆阿图什人，博士研究生，讲师。物理化学专业，主要研究方向为高分子材料。　Ｅ—ｍａｉｌ：ｋｒｂｎｊｎ２００３＠１２６．ｃｏｎ　通讯作者：刘瑞泉。　第４１卷第７期　库尔班江・肉孜等：Ｏｒｉｇｉｎ８．０在乙酸乙酯皂化反应实验数据处理的应用　１９１　在处理实验数据时，可根据数据图形的形状和趋势选择合　适的函数和参数，以达到最佳拟合效果。多项式拟合适用于多　种曲线，且方便易行，操作如下：　（１）对数据作散点图或点线图。　（２）选择Ａｎａｌｙｓｉｓ菜单中的Ｆｉｔｔｉｎｇ　Ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ或Ｔｏｏｌｓ菜单　中的Ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ　Ｆｉｔ，打开多项式拟合对话框，设定多项式的级　数、拟合曲线的点数、拟合曲线中的范围。　（３）点击ＯＫ或Ｆｉｔ即可完成多项式拟合。结果记录中显　示：拟合的多项式等式（Ｅｑｕａｔｉｏｎ）、（Ｖａｌｕｅ）参数的值、　本实验可以不测，ｃ　，通过实验测定不同时间溶液的电导　率Ｋｆ和起始溶液的电导率‰，以Ｋｌ对‰一　／　作图，也得一　直线，从直线的斜率也可求出反应速率数ｋ值。　在不同温度　。、　时测出反应速率常数ｋ（Ｔ。），ｋ（Ｔ２），　则由阿伦尼乌斯公式求算反应的活化能。　．ｋ（　）Ｅ（　～Ｔ。）　ｍ　］　３　Ｏｒｉｇｉｎ８．０软件在物理化学数据处理及作图　（Ｓｌｏｐｅ）斜率及其（Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｅｒｒｏｒ）误差，（Ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ）截距等。　２　乙酸乙酯皂化反应实验　乙酸乙酯皂化是一个二级反应，其反应式为：　ＣＨ３ＣＯＯＣ２Ｈ５＋Ｎａ　＋ＯＨ一——＿＋ＣＨ３ＣＯ０一＋Ｎａ　＋Ｃ２Ｈ５ＯＨ　在反应过程中，各物质的浓度随时间改变。某一时刻的　ＯＨ一离子浓度，可以用标准酸滴定，也可以通过测量溶液的某　些物理性质而求出。以电导率仪测定溶液的电导率值．ｃ随时间　的变化关系，可以监测反应的进程，进而可以求算反应的速率　常数。二级反应的速率与应物的浓度有关。方便起见，设计实　验时反应物的浓度均采用ｄ作为起始浓度。当反应时间为ｔ时，　反应所生成的ＣＨ，ＣＯ０一和Ｃ：Ｈ　ＯＨ的浓度为ｘ，则　ＣＨ，ＣＯＯＣ２Ｈ　和ＮａＯＨ的浓度为（ａ—ｘ）。设逆反应可以忽略，　则有ＣＨ３ＣＯＯＣ２Ｈ５　ＣＨ３ＣＯＯＣ２Ｈ５＋ＮａＯＨ　ＣＨ３ＣＯＯＮａ＋Ｃ２Ｈ５ＯＨ　ｔ＝０　Ｃ　Ｃ　０　０　ｔ＝ｔ　（ａ—ｘ）　（ａ—ｘ）　ｘ　Ｘ　ｔ—＇。。—　—　—｝ｃ—＋ａ　二级反应的速率方程可表示为：　竿：ｋ（Ⅱｆ　０一　）　（１）　积分得：　志８（口一　）　…＝　　（２）　起始浓度ｎ为已知，因此只要由实验测得不同时间ｔ时的　值，以对ｔ作　。＿图，应得一直线，从直线的斜率ｍ＝（ａｋ）便　可求出ｋ值。　由于反应是在稀水溶液中进行的，因此可以假定　ＣＨ　ＣＯＯＮａ全部电离。溶液中参与导电的离子有Ｎａ　，ＯＨ一和　ＣＨ　ＣＯＯ一等，而Ｎａ　在反应前后浓度不变，ＯＨ一的迁移率比　ＣＨ　ＣＯＯ一大得多。随反应时间的增加，ＯＨ一不断减少，而　ＣＨ　ＣＯ０一不断增加，所以体系的电导值不断下降。在一定范围　内可以认为体系的电导值减少量和ＣＨ　ＣＯＯＮａ的浓度　的增加　量成正比，即　ｔ＝ｔ时，　＝卢（，（０一，（　）　（３）　ｔ＝∞时，Ｏｌ＝卢（，ｃ０一，ｃ　）　（４）　式中‰和　分别为起始和ｔ时的电导值，Ｋ　为反应终了　时的电导值，卢为比例常数。将（３），（４）代入（２）得　，ｃ０一Ｋ　／Ｋ　一，（　＝ａｋｔ　（５）　从直线方程（５）知，只要测定　出，Ｋｊ以及一组值以　后，利用，ｃ。一Ｋｌ／Ｋ　一，ｃ　＝ａｋｔ对ｔ作图，应得一直线，由斜率　即可求得反应的速率常数ｋ，ｋ的单位为ｍｉｎ～・ｍｏｌ～・ｄｍ　。　由电导与电导率的关系式：代入（５）式得：Ｇ＝Ｋ车　．‘＿　　＋，ｃ　＊　（６）ｏ，　中的应用实例　（１）实验数据的输入　实验所测得乙酸乙酯皂化在不同温度下不同时间时的电导　率见表１和表２。　恒温２５　ｏＣ，ＣｃＨ　ｃ０ｏｃ，Ｈ　＝Ｃ　Ｎａｆ１Ｈ＝０．０１９８９　ｍｏｌ・Ｌ。。时，测　得Ｋ０＝２．４６×１０　ｎ。。・ｃｍ＿。。　表１　实验数据Ａ（实验温度２５℃）　Ｔａｂｌｅ　１　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｄａｔａ　Ａ（Ｔ＝２５　ｏＣ）　恒温３５　ｏＣ，ＣｃＨ　ｃｏｏｃ，　＝Ｃ　Ｈ＝０．０１９９８　ｍｏｌ・Ｌ　时，测　得Ｋｏ＝２．８６×１０　Ｑ－。・ｃｍ＿。。　表２实验数据Ｂ（实验温度３５℃）　Ｔａｂｌｅ　２　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｄａｔａ　Ｂ（实验温度３５℃１　Ｏｒｉｇｉｎ８．０提供了多种制图途径，最基本的是根据Ｗｏｒｋｓｈｅ—　ｅｔ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Ｄｉｓｒｅｇａｒｄｅｄ（无关列）。　启动Ｏｒｉｇｉｎ８．０后，在弹出的工作表ｗｏｒｋｓｈｅｅｔ中输入记录　时间ｔ及相应时间下的电导率，ｃ　，分别为Ａ和Ｂ列，在其右侧　添加（ａｄｄ　ｃｏｌｕｍｎ）一列数据，为Ｃ列，其值相应的设置（ｓｅｔ　ｃｏｌｕｍｎ　ｖａｌｕｅｓ）为—　二）　—　。ｃｍ～　ｍｌ‘ｎ　（２）利用Ｏｒｉｇｉｎ软件处理实验数据的具体操作，流程图见　图１。　１９２　广州图１实验操作流程图　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｆｌｏｗ　ｃｈａｒｔ　（３）线性拟合　ｕｎ～・ｃＩｎ～・ｒａｉｎ一　图２实验数据Ａ线性拟合及结果　Ｆｉｇ．２　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｄａｔａ　ａｎｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　Ａ　ｌｉｎｅａｒ　ｆｉｔｔｉｎｇ　ｕＯ～‘ｃｎｌ～・ｒａｉｎ　图３实验数据Ｂ线性拟合及结果　Ｆｉｇ．３　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｄａｔａ　ａｎｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　Ｂ　ｌｉｎｅａｒ　ｆｉｔｔｉｎｇ　化工　２０１３年４月　作散点图：选定Ｂ与Ｃ的数据区，用鼠标点击绘制散点图　（Ｐｌｏｔ　Ｓｃａｔｔｅｒ　Ｇｒａｐｈ）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。　线性（直线）拟合：点击下拉菜单“分析”项下的“线　性拟合”命令（Ａｎａｌｙｓｉｓ／Ｆｉｔ　Ｌｉｎｅａｒ）系统，得到一条直线如图　１和图２，并得到该直线相关的参数。　由图２和图３，并利用数据读取器可得：直线的斜率和截　距，可得到（２５℃）和（３５　ｏＣ）。　２９８　Ｋ时以ＫＪ对Ｋｎ—　／ｔ图的直线斜率ｍ为８．７３；３０８　Ｋ　时以　对Ｋ０一Ｋ　／ｔ图的直线斜率ｍ　为５．３６；由此可求得反应　速率常数：　ｋ（２９８　Ｋ）＝１／（ｍ・ｎ）＝１／（８．７９　ｘＯ．Ｏ１）＝１１．４４　ｍｏｌ～・Ｌ・ｒｒｉｆｎ　ｋ（３ｏ８　Ｋ）＝１／（ｍ　・ａ）＝１／（５．３６　ｘＯ．Ｏ１）＝１８．６５　ｍｏｌ～・Ｌ・ｍｉｎ　利用Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ公式求其平均活化能　ｌｎ　×８＿３１４×　＝３７．３１　ｋＪ・ｍｏ　４结果与讨论　使用Ｏｒｉｇｉｎ软件处理实验数据，一般仅需几分钟即可完　成，同时能够符合实验的要求。　使用Ｏｒｉｇｉｎ软件直观简便，在绘图同时还可进行数据处理　与图形分析。因此，对于物理化学实验中的数据均能处理，例　如可经过线性拟合的实验有：纯液体饱和蒸气压的测定；电导　法测定乙酸乙酯在碱性条件下的水解反应；粘度法测定高聚物　的相对分子量。绘图处理的实验有：二组分气一液平衡相图；　燃烧热的测定；电导法测定水溶液表面活性剂的临界胶束浓　度　Ｊ。学生可利用已具备的计算机基础知识，通过教师指导，　示范操作能较快掌握实验数据处理方法，学生运用所学到的计　算机方法处理各实验数据、绘图，使实验数据处理的误差较　小，且实验报告更科学和更合理。对学生的综合处理能力和综　合素质有较大的提高。另外，教师可以将学生在实验过程中获　得的数据进行课上即时处理和评价，及时把握学生实验的进行　情况，软件的数据处理结果还为教师批阅学生的实验报告提供　了可靠的依据。　参考文献　［１］谢祖芳，黎中良，黄中强．乙酸乙酯皂化反应实验数据的非线性处　理实验科学与技术［Ｊ］．实验科学与技术，２００６（６）：１—４．　［２］　肖信．Ｏｒｉｇｉｎ　８．０实用教程：科技作图与数据分析［Ｍ］．北京：中国　电力出版社，２００９．　［３］　夏春兰．Ｏｒｉｇｉｎ软件在物理化学实验数据处理中的应用［Ｊ］．大学化　学，２００３，１８（２）：４＿４—４６．　［４］高职高专化学教材编写组编．物理化学实验（第二版）［Ｍ］．北京：　高等教育出版社，２００２：ｌ１７—１２１．　［５］何猛雄，邓广强，梁振江，等．Ｍｉｅｒｏｃａｌ　Ｏｒｉｇｉｎ软件在物理化学实验教　学中的应用［Ｊ］．海南师范学院学报：自然科学版，２００１，１４（４）：　１Ｏ】一】０４．