Origin軟件在氯化銨生成焓測定實驗中的應(yīng)用

李麗

摘? 要 針對大學(xué)一年級化工、化學(xué)專業(yè)的學(xué)生進行氯化銨生成焓[ΔfHθ（NH4Cl，s）]測定實驗后，通常采取手工繪圖的方式來處理實驗數(shù)據(jù)，不僅費時費力、偶然性大，而且不可避免地引入主觀誤差，往往同一組實驗數(shù)據(jù)不同學(xué)生處理，結(jié)果相差很大，重現(xiàn)性也不好。嘗試采用Origin軟件對該實驗數(shù)據(jù)進行作圖和分析，結(jié)果表明，將Origin軟件應(yīng)用于處理實驗數(shù)據(jù)，簡單、重復(fù)性好，還明顯地提高了計算結(jié)果的準確性。

關(guān)鍵詞 Origin軟件;氯化銨;生成焓

中圖分類號：G642.423? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）10-0115-02

Application of Origin Software in Data Processing of Determine Enthalpy of Formation of Ammonium Chloride//LI Li

Abstract The freshmen majoring in Chemical Engineering or Che-mistry in university usually deal with the experimental data of the

Determine Enthalpy of Formation of Ammonium Chloride with hand-work drawing， which is not only slow-rate and inefficient， but also increases the relative error. Applying the origin software in dealing with the experimental data， which makes diagram conveniently and accurately as well as reduces the relative error.

Key words Origin; Ammonium Chloride; enthalpy of formation

0? 前言

氯化銨生成焓的測定是目前多數(shù)高等學(xué)校為化工及化學(xué)專業(yè)學(xué)生開設(shè)的一個無機化學(xué)實驗[1]。在傳統(tǒng)的化學(xué)實驗教學(xué)中，大多數(shù)教師主要講解如何設(shè)計熱化學(xué)循環(huán)來測定氯化銨的生成焓和具體實驗操作步驟，在實驗數(shù)據(jù)處理方面，要求學(xué)生在直角坐標紙上作圖，根據(jù)散點圖求曲線的切線，然后采用外推法得ΔT，再代入公式進行計算。這種處理數(shù)據(jù)方法讓學(xué)生費時費力、偶然性大，而且不可避免地引入主觀誤差，往往同一組實驗數(shù)據(jù)不同學(xué)生處理，結(jié)果相差很大，重現(xiàn)性也不好[2]。

Origin軟件被認為是最快捷的科技繪圖分析軟件[3]之一，在使用過程中操作簡單，繪圖和數(shù)據(jù)處理兩大功能可以充分彌補實驗數(shù)據(jù)處理中手動繪圖的弊端。另外，該軟件用戶界面友好、使用方便，具有準確、高效且有效減少人為因素造成的繪圖偏差的又是，減輕學(xué)生書寫實驗報告的壓力。

本文將Origin軟件應(yīng)用到氯化銨生成焓的實驗數(shù)據(jù)處理，通過對測量的實驗數(shù)據(jù)繪制散點圖，再對部分數(shù)據(jù)點進行線性擬合，求曲線的切線，根據(jù)切線可以獲取所需數(shù)據(jù)ΔT，再代入相關(guān)公式計算出氯化銨的生成焓。結(jié)果表明，采用Origin軟件處理實驗數(shù)據(jù)不僅方便、學(xué)生耗時短（約20分鐘）、重復(fù)性好，而且明顯地提高了計算結(jié)果的準確性，減少了計算結(jié)果的相對誤差。

1? 氯化銨生成焓的測定原理[1]

在熱力學(xué)標準狀態(tài)下由指定單質(zhì)氮氣、氫氣及氯氣生成1 mol氯化銨（s）的反應(yīng)焓變即為氯化銨（s）的標準摩爾生成焓。由于該反應(yīng)的焓變無法測量，可以利用Hess定律通過設(shè)計熱化學(xué)循環(huán)計算出該反應(yīng)的焓變，具體設(shè)計途徑如圖1所示。由圖可知，只要測定出氨水與鹽酸反應(yīng)的中和熱（ΔH中和）和氯化銨晶體的溶解熱（ΔH溶解），再結(jié)合已知氨水與鹽酸的標準生成焓ΔfHθ（NH3，aq）和ΔfHθ（HCl，

aq），就可以通過公式（1）求出氯化銨的標準摩爾生成焓ΔfHθ（NH4Cl，s）：

ΔfHθmθ（NH4C1，s）=ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH中和-H溶解 （1）

（1）式中ΔH1和ΔH2為氨水和鹽酸的標準生成焓

ΔfHθ（NH3，aq）和ΔfHθ（HCl，aq），分別為-80.3 kJ/mol和

-167.2 kJ/mol。ΔH中和和ΔH溶解可通過公式（2）進行計算：

ΔH=（-C·ΔT）/n? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

（2）式中C為簡易量熱計的熱容量，n為被測物質(zhì)的物質(zhì)的量。

2? Origin軟件應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理

表1列出1.0 mol/L氫氧化鈉與1.0 mol/L鹽酸發(fā)生中和反應(yīng)時量熱計溫度隨時間變化的一組實驗數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)來源于新疆大學(xué)應(yīng)化專業(yè)的一名學(xué)生。打開OriginPro 2017C

軟件，將表1數(shù)據(jù)輸入Origin工作表中，先作出NaOH與HCl中和前后體系溫度隨時間變化的關(guān)系曲線圖，然后采用外推法得ΔT1。具體操作過程：點擊工具欄上的“分析”，選擇“擬合”，接著選擇“線性擬合”，選擇“打開對話框”，在對話框中選擇輸入數(shù)據(jù)的范圍，在圖2上先選擇前四個點，進行擬合，得到AB擬合線;同樣的方法，點擊工具欄上的“分析”，選擇“擬合”，接著選擇“線性擬合”，選擇“打開對話框”，在對話框中選擇輸入數(shù)據(jù)的范圍，選擇后七個點，并且在對話框中點擊“擬合曲線圖”，在“x數(shù)據(jù)范圍”欄下選擇“自定義”，將最小值改為“5”，進行擬合，得到CD擬合線;過B點垂直線，與CD擬合線相交于E點，BE之間的垂直距離即為溫度差ΔT1，如圖2所示;再用Origin工具欄里的“數(shù)據(jù)讀取器”方便地獲取B、E兩點的縱坐標分別為14.62 ℃和20.53 ℃，進而求得ΔT1=5.91 K。

然后代入式（2），其中n=0.05 mol，ΔHθ=-57.3 kJ/mol[1，4]，

計算出量熱計熱容量C=0.48 kJ/K。

采用類似的作圖方法，分別得NH3·H2O與HCl中和反應(yīng)和氯化銨（s）溶解時ΔT分別為8.60 K和2.20 K，計算得ΔH中和和ΔH溶解分別為-55.63 kJ/mol和14.23 kJ/mol。

然后將ΔH中和和ΔH溶解代入（1）式，得ΔfHθ（NH4Cl，s）=

ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH中和-ΔH溶解=-80.3-167.2-55.63-14.23=

-317.35 kJ/mol。該計算值與氯化銨標準摩爾生成焓文獻值

（-315.2 kJ/mol）進行對比，可以看出采用Origin軟件處理實驗數(shù)據(jù)所得實驗結(jié)果的相對誤差為[-315.2-（-317.35）]÷

（-315.2）×100%=0.68%。

3? 結(jié)束語

利用Origin軟件，可以快捷和準確地完成無機化學(xué)實驗中常見類型的數(shù)據(jù)處理和分析，可以有效消除人為誤差，所得實驗結(jié)果準確度更高。將Origin軟件與實驗教學(xué)相結(jié)合，可以提高學(xué)生對實驗結(jié)果的分析能力和解決問題能力，讓學(xué)生在實驗過程中逐漸形成嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，提高創(chuàng)新能力?！?/p>

參考文獻

[1]中山大學(xué)，遼寧大學(xué)，等.無機化學(xué)實驗[M].北京：高等教育出版社，2015：82-83.

[2]肖旺釧，張啟衛(wèi)，戈芳.Origin軟件在實驗數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用：以燃燒熱測定實驗為例[J].寶雞文理學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2013（3）：26-30.

[3]張紅醫(yī)，田立楠，石志紅.Origin軟件在計算氫離子平衡濃度方面的應(yīng)用[J].化學(xué)教育，2015（10）：65-69.

[4]南京大學(xué)《無機及分析化學(xué)實驗》編寫組.無機及分析化學(xué)實驗[M].北京：高等教育出版社，2017：90-93.