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

83761. Налоги и сборы как источники государственных доходов. Роль налогов 44.13 KB
  Налоги и сборы неотъемлемый атрибут и органическая часть государства без них немыслима реализация задач и функций института государства. Являются финансовоэкономическим фундаментом института государства который состоит в изъятии части дохода извлекаемого из потребления факторов производства в пользу государства для формирования его централизованных финансовых ресурсов бюджета. Налог обязательный индивидуально безвозмездный платеж взимаемый с организаций и физических лиц в форме отчуждения принадлежащих им на праве собственности...
83762. Юридическое определение налога, сбора, пошлины. Их главные юридические черты 44.29 KB
  Универсального определения налога в котором были бы корректно отражены все его стороны в настоящее время не существует а различные определения налога обычно отражают либо те либо иные его особенности. Кроме того с течением времени представления о сути налога также меняются. Дать точное определение налога необходимо по ряду причин: 1 категория налог является главной для НП для финансов и ФП для экономики; 2 емкое определение понятия налог позволяет отделить его от других платежей; 3 правильная формулировка налога поможет четко...
83763. Функции налога 45.43 KB
  Сущность налогов как экономикоправовой категории их роль и общественное назначение могут быть раскрыты на основе их функций. Функции налогов выражают наиболее существенные главные черты правовых механизмов налогообложения и направлены на достижение конкретных задач стоящих перед НП. Существующие подходы к проблеме налоговых функций можно условно разделить на три группы: только фискальная функция; фискальная и регулирующая присущие высокоразвитым рыночным отношениям; многофункциональное проявление сущности налогов кроме фискальной и...
83764. Виды налогов и основания их классификации 46.97 KB
  В настоящее время система налогов и сборов Российской Федерации довольно обширна и в некоторой степени громоздка. Вместе с тем каждый налог индивидуален поскольку предполагает собственную правовую конструкцию и занимает строго определенное место не только в системе налогов и сборов но и в финансовой системе в целом. Выяснение местоположения каждого налога в финансовой системе координат способствует точному установлению механизма его введения определению уровня бюджета в который зачисляется каждый налог круга плательщиков и перечня...
83765. Налоговая система. Основы законодательства о налогах и сборах. Принципы налогообложения 48.43 KB
  Понятие НС сегодня следует отнести к дискуссионным вопросам и актуальному предмету исследования в сфере налогов.2: НС – это совокупность налогов сборов пошлин и других платежей взимаемых в установленном порядке.: НС – это совокупность установленных в государстве существенных условий налогообложения установленных НП и налоговым законодательством. 3 НК порядок установления и введения налогов часть 1 НК система налогов – совокупность отдельных налогов обладающая организационноправовым и экономическим единством.
83766. Элементы юридического состава налога. Основные и факультативные. Понятие и их правовое значение 43.59 KB
  Обязанность плательщика по уплате налога устанавливается совокупностью элементов юридического состава налога. Элементы налога – это внутренние исходные функциональные единицы которые в своей совокупности составляют юридическую конструкцию налога и придают им их универсальность. Обязательные существенные элементы юридического состава налога это элементы без которых налоговое обязательство и порядок его исполнения не могут считаться определенными.
83767. Субъект налогообложения: понятие субъектов, виды, правовой статус 47.87 KB
  Общественные отношения преимущественно образующие предмет налогового права складываются относительно перехода права собственности на денежные средства. Большинство названных отношений направлены на достижение баланса частных и публичных интересов поэтому и понятие субъекта налогового права носителя интереса является ключевым. Точное определение субъекта налогового права имеет и практическое значение поскольку позволяет выявить круг лиц вступающих в налоговые отношения и действия которых влекут юридически значимые последствия. Наличие...
83768. Объект и предмет налогообложения. Масштаб налога и налоговая база 44.73 KB
  Объект налогообложения это те юридические факты действия события состояния которые обуславливают обязанность субъекта заплатить налог совершение оборота по реализации товара работ услуг; ввоз товара на территорию России; владение имуществом; совершение сделки куплипродажи ценных бумаг; вступление в наследство; получение дохода и т. наличие объекта налогообложения. Налоговый кодекс Российской Федерации определяет понятие объект налогообложения так: Объектами налогообложения могут являться операции по реализации товаров работ...
83769. Налоговый период, порядок исчисления налога, способы, сроки и порядок уплаты налога 42.93 KB
  Налоговый период календарный год или иной период времени применительно к отдельным налогам по окончании которого определяется налоговая база и исчисляется сумма налога подлежащая уплате. Продолжительность момент начала и момент окончания каждого налогового периода устанавливается законодательством о налогах и сборах применительно к каждому отдельному налогу. Порядок исчисления налога ст.