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

27 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

30002. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ АНТРОПОГЕННОГО ФАКТОРА НА ПРОСТРАНСТВЕННУЮ ДИНАМИКУ ГИДРОХИМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В РЕКЕ МОСКВА 8.72 MB
  Антропогенное загрязнение водных ресурсов Московского региона в последнее время приобретает черты неуправляемого и неконтролируемого процесса, предоставляющего серьёзную угрозу здоровью населения. Загрязнение вод нарушает экологическую устойчивость водной среды, приносит значительный экономический ущерб народному хозяйству.
30003. Организация ресторана. Роль повара – кондитера на предприятии общественного питания 956.86 KB
  Пищевая ценность блюд. Соблюдение санитарных требований правил личной гигиены при приготовлении блюд. Бракераж готовых блюд. Характер приготовления блюд русской кухни в значительной мере обусловлен особенностям русской печи которая в качестве очага столетиями с 14 века верно служила и богатому и простому народу.
30004. Применение оптимальных способов преобразования и регулирования социальных отношений и процессов в жизнедеятельности людей 118.18 KB
  Политические и социально-экономические катаклизмы, вызванные резким переходом страны от социалистической системы хозяйствования к капиталистической, создали благоприятную почву для роста преступности, коррупции, разрыву между доходами богатых и бедных
30006. Анализ коммуникационных связей и деятельности на предприятии в системе руководитель-подчиненный. Общая характеристика организации ООО «Весна» 380 KB
  Коммуникация это связующие нити объединяющие взаимозависимые части организации. Коммуникация является жизненно важной системой организации : если каким то образом ликвидировать потоки сообщений в организации то она прекратит свое существование. Коммуникация предоставляет средства для выработки и исполнения решений осуществления обратной связи и корректировки целей и процедур деятельности организации в соответствии с требованиями ситуации. Организационная коммуникацияэто процесс с помощью которого руководители развивают...
30007. Обоснование содержания экспериментальной Программы адаптивной физической реабилитации и методики использования ее средств на различных формах занятий для улучшения рессорных функций стопы при плоскостопии у детей среднего школьного возраста 328.06 KB
  1 Общая характеристика строения и видов нарушений свода стопы___6 1. Слабость мышц поддерживающих своды стопы является одним из условий нарушений нормального свода стопы что в конечном счёте может привести к патологическим изменениям не только стопы но и всего опорнодвигательного аппарата ОДА а также к нарушению сердечно сосудистой и нервной системам. Плоскостопие нарушает рессорные функции стопы почти пропадает амортизация и при ходьбе вся отдача встряска достается голени и тазобедренному суставу что может привести к...
30008. РАЗВИТИЕ ПОЗНАВАТЕЛЬНОГО ИНТЕРЕСА У УЧАЩИХСЯ МЛАДШЕГО ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА ЧЕРЕЗ ПРОЕКТНУЮ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 146.09 KB
  3 Методы приемы стимулирования познавательной и развивающей деятельности. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОЕКТНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В НАЧАЛЬНЫХ КЛАССАХ.2 Использование проектной деятельности на уроках в начальных классах. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПО ВЫЯВЛЕНИЮ УРОВНЯ РАЗВИТИЯ ПОЗНАВАТЕЛЬНОГО ИНТЕРЕСА МЛАДШИХ ШКОЛЬНИКОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПРОЕКТНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ39 3.
30009. ОЦЕНКА СОРТОВ ЯБЛОНИ ПО УСТОЙЧИВОСТИ К БОЛЕЗНЯМ И ВРЕДИТЕЛЯМ В РУП «УЧХОЗ БГСХА» 139 KB
  Учет болезней плодовых культур. Учет вредителей плодовых культур. Плодоводство это возделывание плодовых культур дающих съедобные и пригодные для технической переработки плоды и ягоды. Культивирование плодовых деревьев кустарников и травянистых растений составляет предмет плодоводства.
30010. Технология выполнения технического обслуживания и ремонта передних управляемых мостов трактора МТЗ – 80/82 347.93 KB
  Самоблокируемый дифференциал переднего ведущего моста МТЗ-82 состоит из корпуса, представляющий собой две половины, в котором размещены конические шестерни полуосей, торцовые поверхности которых опираются на торцы нажимных чашек. Шестерни входят в зацепление с сателлитами