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

28 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

83034. ШЛЯХИ ВДОСКОНАЛЕННЯ РОБОТИ З НАДАННЯ ПОСЛУГ 161.96 KB
  У ринковій економіці номенклатура та якість послуг підприємств оптової торгівлі оцінюється їх здатністю забезпечувати для підприємств роздрібної торгівлі спрощення процедури закупівлі товарів, їх сортування, зберігання, транспортування, утримання товарних кредитів, надання різноманітної...
83035. Аналіз біологічних активів підприємства (на матеріалах ФГ «Поліська родина») 111.32 KB
  Незважаючи на вагомі наукові напрацювання в частині аналізу біологічних активів, залишається ще ряд теоретико-методологічних, практичних і організаційних проблем, які потребують подальшого ґрунтовного дослідження та практичного вирішення.
83036. Імунітет: види та фактори, що на нього впливають 101.76 KB
  У разі проникнення великої кількості чужинців або масової загибелі фагоцитів у бою з ними кістковий мозок прискорює розмноження таких клітин, і нові сили стають до боротьби. Так діє клітинний імунітет.
83037. Конкурентные преимущества «АвтоВАЗа» и «Mercedes-Benz» 106.81 KB
  Данный реферат будет посвящен авмобилестроению. Для начала познакомимся с тем, что из себя представляет эта промышленность. Само автомобилестроение является одной из составляющих машиностроительной отрасли.
83038. Космос и бурение 249.84 KB
  Одним из первых, кто отважился направиться в таежные леса на поиски метеорита был, метеоролог Л. А. Кулик. Более всего поразило исследователя отсутствие каких-либо следов самого метеорита, несмотря на грандиозность масштабов катастрофы на месте падения. Казалось, от крупного космического тела...
83039. Двойная запись на счетах 21.78 KB
  Для отражения хозяйственных операций на счетах используется особый элемент метода бухгалтерского учета – двойная запись. Так как хозяйственные средства, находящиеся в собственности предприятия, имеют двойственный характер (по размещению и источникам формирования), то и бухгалтерские счета...
83040. Системы информационного обеспечения транспортного обслуживания производства, ее сущность и задачи 55.88 KB
  Система информационного обеспечения транспортного обслуживания производства, имеет ключевую роль, связанную не только с большим удельным весом транспортных расходов в общем составе издержек, но и в связи с тем, что без транспортировки невозможно продвижение материального потока.
83041. Визначення стану здоров’я для можливості заняття фізичними вправами різної інтенсивності 99.57 KB
  У поєднанні з визначенням функціонального стану визначається і оптимальне навантаження для даної конкретної особи що є основною умовою для досягнення оздоровчого ефекту а звідси і зростання спортивних результатів.