Origin軟件在氯化銨生成焓測定實驗中的應用

李麗

摘? 要 針對大學一年級化工、化學專業的學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據，不僅費時費力、偶然性大，而且不可避免地引入主觀誤差，往往同一組實驗數據不同學生處理，結果相差很大，重現性也不好。嘗試采用Origin軟件對該實驗數據進行作圖和分析，結果表明，將Origin軟件應用于處理實驗數據，簡單、重復性好，還明顯地提高了計算結果的準確性。

關鍵詞 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高等學校為化工及化學專業學生開設的一個無機化學實驗[1]。在傳統的化學實驗教學中，大多數教師主要講解如何設計熱化學循環來測定氯化銨的生成焓和具體實驗操作步驟，在實驗數據處理方面，要求學生在直角坐標紙上作圖，根據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。這種處理數據方法讓學生費時費力、偶然性大，而且不可避免地引入主觀誤差，往往同一組實驗數據不同學生處理，結果相差很大，重現性也不好[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，繪圖和數據處理兩大功能可以充分彌補實驗數據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，減輕學生書寫實驗報告的壓力。

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

1? 氯化銨生成焓的測定原理[1]

在熱力學標準狀態下由指定單質氮氣、氫氣及氯氣生成1 mol氯化銨（s）的反應焓變即為氯化銨（s）的標準摩爾生成焓。由于該反應的焓變無法測量，可以利用Hess定律通過設計熱化學循環計算出該反應的焓變，具體設計途徑如圖1所示。由圖可知，只要測定出氨水與鹽酸反應的中和熱（ΔH中和）和氯化銨晶體的溶解熱（ΔH溶解），再結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為被測物質的物質的量。

2? Origin軟件應用于數據處理

表1列出1.0 mol/L氫氧化鈉與1.0 mol/L鹽酸發生中和反應時量熱計溫度隨時間變化的一組實驗數據，該數據來源于新疆大學應化專業的一名學生。打開OriginPro 2017C

軟件，將表1數據輸入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據的范圍，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據的范圍，選擇后七個點，并且在對話框中點擊“擬合曲線圖”，在“x數據范圍”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“數據讀取器”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軟件處理實驗數據所得實驗結果的相對誤差為[-315.2-（-317.35）]÷

（-315.2）×100%=0.68%。

3? 結束語

利用Origin軟件，可以快捷和準確地完成無機化學實驗中常見類型的數據處理和分析，可以有效消除人為誤差，所得實驗結果準確度更高。將Origin軟件與實驗教學相結合，可以提高學生對實驗結果的分析能力和解決問題能力，讓學生在實驗過程中逐漸形成嚴謹的科學態度，提高創新能力。■

參考文獻

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

[2]肖旺釧，張啟衛，戈芳.Origin軟件在實驗數據處理中的應用：以燃燒熱測定實驗為例[J].寶雞文理學院學報（自然科學版），2013（3）：26-30.

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

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