10023

Моделирование кривых титрования с помощью MathCad

Реферат

Информатика, кибернетика и программирование

Моделирование кривых титрования с помощью MathCad. Рассматривается пример построения кривой титрования в Mathcad. Постановка задачи и порядок выполнения работы описывается в соответствующей обучающей программе. Студенты должны запустить Mathcad и обучающую программу Титрова...

Русский

2013-03-20

49.5 KB

33 чел.

Моделирование кривых титрования с помощью MathCad.

Рассматривается пример построения кривой титрования в Mathcad. Постановка задачи и порядок выполнения работы описывается в соответствующей обучающей программе. Студенты должны запустить Mathcad и обучающую программу Титрование. Разместить окна так, чтобы были видны обе программы. Следуя инструкциям обучающей программы студенты выполняют работу в Mathcad.

Для справки ниже приводятся: порядок выполнения работы, необходимые данные и пояснения. Они также содержатся и в обучающей программе.

Постановка задачи

Рассмотрим: 

  титрование

  1 литра соляной кислоты HCl с концентрацией 0,001 моль/л раствором NaOH   с концентрацией 0,1 моль/л. 

  Реакция: HCl+ NaOH=NaCl+H2O

Требуется:

1. Построить график изменения концентраций

2. Построить кривую титрования

  (зависимость рН от  добавленного объема V)

Построение математической модели.

  1.  Составить систему  уравнений материального баланса.
  2.  Представить концентрации ионов, как функцию от объема.  

Система уравнений (1):

   Cl*(V+V0)=cacid*V0    (Баланс хлорид ионов)

   Na*(V+V0)=cbase*V    (Баланс ионов   натрия)

   Н*ОН=Kw             (Ионное произведение воды)

   H+Na=Cl+OH        (Уравнение электро-   нейтральности)

3)  Показать зависимость изменения  концентраций ионов

     4) Показать зависимость изменения   рН раствора (кривая титрования)

Реализация в Mathcad.


Ввод начальных условий.

  •  Объем определяемого вещества (кислоты):

   V0=1л

  •  Константа произведения воды:

   Kw=10-14(моль/л)2

  •  Молярная концентрация основания  

   cbase=0,1(моль/л)

  •  Молярная концентрация кислоты

   cacid=0,001(моль/л)

Решение системы (1)


Начальные приближения

Молярная концентрация ионов:

  •  Na=10-10 (моль/литр)
  •  Cl=10-10 (моль/литр)
  •  H=10-7 (моль/литр)
  •  OH=10-7 (моль/литр)                               

Создаем блок Given 

  1.  Баланс хлорид ионов

    Cl*(V+V0)=сacid*V0

  1.  Баланс ионов натрия

    Na *(V+V0)= сbase*V

3.  Ионное произведение воды:

    Н*ОН=Kw

  1.  Уравнение электронейтральности

    H+Na=Cl+OH      

     

Дополнительные условия

Концентрация ионов водорода больше нуля:

   Н>0 (моль/л)

       Решим систему (1) относительно концентраций Н, ОН, Na, Cl.

   Они зависят от объема добавленного титранта.   

   Нам нужно получить 4 функции зависимости концентраций Н, ОН, Na, Cl, от V.

   Поэтому представим решение:

   function (V):=Find(Н, ОН, Na, Cl)

   Значение функции представляет собой вектор 4-х элементов.

Задаем объем титранта

Единичный объем добавленного вещества (титранта)

    Vi=0,1 мл, где i=1,2..200

    (добавляем 200 раз по 0,1 мл)

Определение концентраций ионов в растворе

Обозначим soln – вектор решений системы при различных значениях V

Тогда Нsolni:=(solni)0  и т.д.

Определение эквивалентного объема (объема в точке эквивалентности)

Используя определение концентрации с=n/V

  nH= V0*cacid  

       (n - количество вещества)

   vNaOH= n(H)/cbase

       (vNaOH – необходимый объем щелочи)

Построение графика изменения концентраций

Строим график в декартовых координатах:

  по оси абсцисс – Vi

  по оси ординат – каждый ион в отдельности.

Построение кривой титрования pH(V)

Расчет рН

pH может быть вычислен при любом объеме добавленного вещества (титранта)

рН= -log(Н)

Расчет скачка титрования

  •  При эквивалентном объеме титранта 10мл скачок будет рассчитываться на интервале (10±0,1)мл

  soln=function(9.9mL)

  рН= -log(soln0/(mole/liter))

Результат вычислений

  •  Кривая титрования рассчитывается для определения скачка титрования.
  •  Скачок титрования позволяет подобрать индикатор, который меняет окраску в этом интервале рН.

Анимирование графиков.


Переменная
FRAME.

  •  Для создания анимации используем переменную Frame. Например: i:=1..FRAME
  •  В меню Mathcad:  Просмотр – Анимирование   
  •  Задаем интервал для переменной FRAME 
  •  Выбираем область для анимации (график)
  •  Далее кнопка «Анимировать»  

Вывод

  •  Построена математическая модель процесса титрования.
  •  Рассчитан скачок титрования.
  •  Анимация позволяет проследить изменение рН в процессе реакции и увидеть скачок титрования.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24963. Договор аренды 57 KB
  Договор аренды По договору аренды имущественного найма арендодатель обязуется предоставить арендатору имущество за плату во временное владение и пользование или во временное пользование. Договор аренды консенсуальный возмездный взаимный и двусторонний. В настоящее время объектами аренды могут быть земельные участки и участки лесного фонда. Единственным существенным условием договора аренды в силу требования закона является условие о предмете аренды.
24964. Договор аренды транспортных средств 43 KB
  Договор аренды транспортных средств Выделение договора аренды транспортного средства в качестве отдельного вида договора аренды продиктовано особенностями его предмета транспортного средства. По второму признаку аренда конной повозки с неизбежностью будет отнесена к аренде движимой вещи но не к аренде транспортного средства. Закон регламентирует две разновидности договора аренды транспортного средства: 1 аренда транспортного средства с предоставлением услуг по управлению и технической эксплуатации; 2 аренда транспортного средства без...
24965. Аренда недвижимости 56 KB
  По договору аренды предприятия в целом как имущественного комплекса используемого для осуществления предпринимательской деятельности арендодатель обязуется предоставить арендатору за плату во временное владение и пользование земельные участки здания сооружения оборудование и другие входящие в состав предприятия основные средства передать в порядке на условиях и в пределах определяемых договором запасы сырья топлива материалов и иные оборотные средства права пользования землей водой и другими природными ресурсами зданиями...
24966. Договор строительного подряда. Понятие и предмет договора 70.5 KB
  Договор строительного подряда. По договору строительного подряда одна сторона подрядчик обязуется в установленный договором срок построить по заданию заказчика определенный объект либо выполнить иные строительные работы а другая сторона заказчик обязуется создать подрядчику необходимые условия для выполнения работ принять их результат и уплатить обусловленную цену п. основной отличительный признак договора строительного подряда характер работ и особая область в которой они осуществляются. Следовательно выполнение монтажных работ...
24967. Сравнительная характеристика договоров поручения, комиссии и агентского договора. Значение этих договоров 55.5 KB
  Сравнительная характеристика договоров поручения комиссии и агентского договора.971 ГК легальное определение дра поручения. и фактических действий; 2 длящийся харр; 3 агент действует либо от своего имени и за счет принципала модель отношений дра комиссии либо от имени и за счет принципала модель отношений дра поручения но при этом агентский договор никогда не носит личнодоверительного характера. деятти хотя бы одним из его учв поручение всегда возмездно если только в самом дре не предусмотрено иное; 3 отношения учв...
24968. Государственный контракт на выполнение подрядных работ для государственных нужд 54.5 KB
  Заказчик уполномоченный орган вправе размещать заказ путем проведения закрытого конкурса аукциона исключительно в случае размещения заказа на поставку товаров выполнение работ оказание услуг сведения о которых составляют государственную тайну. При этом создание комиссии по размещению заказа определение начальной цены контракта предмета и его существенных условий утверждение проекта контракта конкурсной документации документации об аукционе определение условий торгов и их изменение осуществляются заказчиком уполномоченным органом а...
24969. Договор займа и кредитный договор 36 KB
  Договор займа и кредитный договор 1. Понятие Договор займа кредитный договор и договор факторинга оформляют единые экономические кредитные отношения. По договору займа одна сторона заимодавец передает в собственность другой стороне заемщику деньги или другие вещи определенные родовыми признаками а заемщик обязуется возвратить заимодавцу такую же сумму денег сумму займа или равное количество других полученных им вещей того же рода и качества абз. Эта сделка: односторонняя заемщик обязан возвратить сумму займа а займодавец имеет...
24970. Кредитный договор 50.5 KB
  Именно поэтому закон говорит о предоставлении кредита в виде денежных средств п. Вознаграждение кредитору определяется в виде процентов начисленных на сумму кредита за все время его фактического использования. Обязанности заемщика состоят в возврате полученного кредита и уплате предусмотренных договором или законом процентов за его использование. Законом определяется момент исполнения заемщиком обязанности по возврату суммы кредита п.
24971. Договор лизинга (понятие, содержание, виды) 47.5 KB
  Договор лизинга понятие содержание виды Понятие признаки содержание. Договор лизинга является двусторонним взаимным консенсуальным возмездным. Лизингодатель не имеет прямой заинтересованности в конкретном имуществе являющемся предметом лизинга. Главной обязанностью лизингодателя по договору лизинга является финансирование покупки предмета лизинга и получение прибыли на вложенные деньги.