酸堿滴定過程的計算機(jī)模擬

李熠明，曹 巖，劉紅明，黃崇甄，王 冬，朱臻宇

(1.第二軍醫(yī)大學(xué),a.訓(xùn)練部，b.藥學(xué)院，上海 200433)

酸堿滴定過程的計算機(jī)模擬

李熠明a，曹 巖b，劉紅明b，黃崇甄b，王 冬b，朱臻宇b

(1.第二軍醫(yī)大學(xué),a.訓(xùn)練部，b.藥學(xué)院，上海 200433)

酸堿滴定法是一種常用的容量分析方法，但在實驗室條件下計算酸堿混合體系的pH值和繪制滴定曲線非常繁瑣。本文依據(jù)酸堿滴定理論，推導(dǎo)出滴定百分?jǐn)?shù)φ與H+濃度的數(shù)學(xué)表達(dá)式，利用Visual Basic 6.0語言通過計算機(jī)編程，實現(xiàn)了酸堿滴定過程精確pH值的計算和滴定曲線的繪制，并能動態(tài)模擬滴定過程。

酸堿滴定；曲線；計算機(jī)模擬

在眾多的分析化學(xué)書中，酸堿滴定過程中pH值的變化分為四部分討論：滴定開始前；滴定開始至化學(xué)計量點前；滴定至化學(xué)計量點；滴定至化學(xué)計量點后。pH值的計算采用4種不同的處理方法，導(dǎo)出了4種不同的數(shù)學(xué)表達(dá)式，這并不能反映滴定過程中任意時刻pH值的精確值。

本文根據(jù)文獻(xiàn)[1～4]總結(jié)了酸堿滴定過程中[H+]與滴定百分?jǐn)?shù) 之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式。滴定百分?jǐn)?shù)可根據(jù)加入的滴定劑的體積求得，雖然由滴定百分?jǐn)?shù)求解[H+]很困難，但通過計算機(jī)編程，對于pH值在0～14的范圍內(nèi)，均能由[H+]求得相應(yīng)的滴定百分?jǐn)?shù)，從而建立加入滴定劑體積V與pH值的關(guān)系，從而繪制出相應(yīng)的滴定曲線。

1 原理

1.1強(qiáng)堿滴定強(qiáng)酸 濃度為Cb，體積為Vb的強(qiáng)堿MOH滴定濃度為Ca，體積為Va的強(qiáng)酸HA,在滴定體系中：

電荷平衡(CBE)：

物料平衡(MBE)：

將(2)、(3)式代入(1)式：

滴定百分?jǐn)?shù)：

將(4)式代入(5)式：

水的質(zhì)子自遞常數(shù)：

將(7)式代入(6)式：

同理可得強(qiáng)酸滴定強(qiáng)堿時：

1.2強(qiáng)堿滴定一元弱酸

弱酸的分布系數(shù)：

將(10)式代入(11)式：

將(2)、(12)式代入(1)式：

將(7)、(13)式代入(5)式：

同理可得強(qiáng)酸滴定一元弱堿時：

1.3強(qiáng)堿滴定多元弱酸 利用CBE,MBE，分布系數(shù)α，滴定百分?jǐn)?shù)φ之間的關(guān)系，與滴定一元弱酸相似，可以推導(dǎo)出下列關(guān)系式：

強(qiáng)堿滴定二元弱酸(H2A)：

其中

強(qiáng)堿滴定三元弱酸(H3A)：

其中

2 應(yīng)用

根據(jù)上述原理和Visual Basic 6.0語言，編制了酸堿滴定曲線的計算機(jī)繪制程序[5,6]。該程序界面友好、操作簡便，用戶通過選擇設(shè)定滴定反應(yīng)類型和有關(guān)化學(xué)量(圖1)，可以使計算機(jī)精確、迅速地繪制出任何類型的酸堿滴定曲線(圖2、圖3)，并能將繪制的圖像保存和打印。

圖1 滴定反應(yīng)設(shè)置

圖2 0.100 mol/L NaOH滴定0.100mol/L H2C2O4的滴定曲線

圖3 0.100 mol/L NaOH滴定0.100mol/L H3PO4的滴定曲線

圖4 滴定過程演示

該程序的強(qiáng)大之處還在于可以模擬演示滴定操作的過程，通過設(shè)定酸堿的濃度、體積及弱酸Ka(或弱堿Kb)值，選擇合適的指示劑，可以觀察滴定過程中滴定管的讀數(shù)、錐形瓶內(nèi)溶液顏色的變化和相應(yīng)滴定曲線的繪制過程(圖4)，作為多媒體電子實驗室在教學(xué)中使用，達(dá)到更為直觀的教學(xué)效果。

筆者還在此基礎(chǔ)上，將配位滴定，氧化還原滴定，沉淀滴定過程的計算通過計算機(jī)實現(xiàn)，建立研究滴定分析的軟件系統(tǒng)。

[1] 馮泳蘭. 關(guān)于滴定過程的討論：酸堿滴定[J]. 衡陽師專學(xué)報(自然科學(xué)版), 1996, 14(3)：24.

[2] 譚秀智. 關(guān)于溶液pH值的計算[J]. 達(dá)縣師范高等?？茖W(xué)校學(xué)報(自然科學(xué)版),2001, 11(2)：101.

[3] 蘭斌明. 酸堿滴定中精確計算pH值的通式及求解[J]. 西安地質(zhì)學(xué)院學(xué)報, 1990, 12(4)：83.

[4] 冉國芳, 徐 斌. 多元酸堿及其混合溶液pH值的計算機(jī)圖解[J]. 武漢化工學(xué)院學(xué)報, 1998, 20(4)：11.

[5] 李靜敏, 白郁華, 李金龍. 酸堿滴定曲線的計算機(jī)顯示[J]. 計算機(jī)與應(yīng)用化學(xué), 2002, 19(3):274.

[6] 張 冀, 王麗旻, 王寶輝. 酸堿滴定中pH值的微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 計算機(jī)與應(yīng)用化學(xué), 2002, 19(4)：466.

2010-12-10

[修回日期] 2011-02-22

Simulationofacidbasetitrationprocessbycomputer

LI Yi-minga, CAO Yanb, LIU Hong-mingb, HUANG Chong-zhenb，WANG Dongb, ZHU Zhen-yub

(Second Military Medical University, a. Department of Training, b. School of Pharmacy, Shanghai 200433, China)

Acid base titration was a common type of volumetric analysis, which was difficult to calculate the pH value of the mixture solution and draw the titration curve. The formulas for percentage of titration (φ ) and concentration of H+based on the acid base titration theory were derived and programmed by Visual Basic 6.0 software in this study. The titration process was dynamic simulated by calculating the exact pH value and drawing the titration curve.

acid base titration; curve; computer simulation

李熠明(1979-)，男，講師．Tel：(021)81870231，E-mail:lym_leo@163.com.

朱臻宇．Tel：(021)81871261，E-mail:zzycyy@yahoo.com.cn.

R917

A

1006-0111(2011)06-0462-03