Grafické zpracování závislostí – laboratorní cvičení z FCH I
Než začnete zpracovávat grafy, prostudujte si níže uvedený odkaz, na kterém jsou obecné zásady vyhodnocení
experimentálně zjištěných a vypočtených hodnot:
http://www.fch.ft.utb.cz/ps_lab_grafika.php
Už po přečtení této stránky by každému mělo být jasné, jak má příslušný obrázek vypadat. I přesto však
dále nabízíme pomůcku. Ke každé úloze jsou uvedeny nesprávné grafy – s popisem jakých nejčastějších
chyb se studenti dopouštějí při grafickém vyhodnocení jednotlivých závislostí a naopak grafy správné.
Záměrně není uveden popis a jednotky na osách x (vodorovná) a y (svislá) – to si musí každý student
doplnit sám.
Obrázky malujte v dostatečné velikosti se zřetelným vyznačením experimentálních bodů,
minimálně na ½ strany A4, případně celou, nejlépe na milimetrový papír.
Uvědomte si, že ne všechny závislosti (zejména nelineární) je možno zpracovat na počítači. Potom je
nutno použít křivítko.
Grafy v tomto souboru slouží jako učební pomůcka, proto jsou menší velikosti.
Úloha č. 2: Fázová rovnováha soustavy fenol – voda a fenol – kresol - voda
Graf závislosti t (y) na hm. % vody (x)
S chybami:
120
100
80
60
40
20
Řada1
Řada2
0
0
-
-
20
40
60
80
100
120
chybí popis os a křivek
nevhodně zvolená měřítka na osách, např. % zastoupení vody ve směsi nemůže být vyšší jak 100
%, měřítko teplotní osy zvolíme tak, aby zahrnovalo naměřené hodnoty, je zbytečné začínat 0 a
končit 120 0C
pokud některé body viditelně vybočují ze souboru hodnot, nebudeme je spojovat, ale proložíme
body hladkou křivku
chybí vyznačení kritické teploty a kritického složení pro obě soustavy
obdobný graf zpracujeme pro závislost teploty na molárním zlomku vody ve směsi a pro
porovnání znázorníme obě dvě závislosti do jednoho grafu a vyznačíme kritické hodnoty
u obou těchto grafů je vhodné zpracování na výšku papíru, aby křivky byly užší a vyšší a tím bylo
názornější a jednodušší odečtení hodnot
Správně:
90
80
70
60
t [0C]
50
40
30
fenol - voda
fenol-kresol-voda
20
25
35
45
55
65
75
hm. % vody ve směsi
85
95
Úloha č. 3: Stanovení povrchového napětí stalagmometrickou metodou
Graf závislosti povrchového napětí (y) na koncentraci (x)
S chybami:
80,00
70,00
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
0
-
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
chybí popis os včetně jednotek, název grafu (zda jde o měření roztoků jaru či soli)
není vyznačen bod povrchového napětí vody, tj. při koncentraci 0 (odečtený z přiloženého grafu u
úlohy při konkrétní naměřené teplotě)
jestliže se jedná o lineární závislost, není možné zvolit bodový graf s datovými body spojenými
pomocí hladkých či jiných spojnic, popř. vyznačit obě dvě proložení
při zpracování grafů, použijeme průměrné hodnoty povrchového napětí vypočtené ze dvou
měření, případně zvolíme tu hodnotu, která lépe znázorňuje závislost
Správně:
Závislost povrchového napětí na koncentraci
roztoku jaru
75
povrchové napětí [10-3 N/m]
70
65
60
55
50
45
40
35
30
0
0,2
0,4
0,6
0,8
koncentrace [g/dm3]
1
1,2
Úloha č. 4: Měření refrakce systému benzen - metanol
1. Graf závislosti měrné refrakce (y) na hmotnostním zlomku metanolu (x)
S chybami:
0,35
0,3
0,25
0,2
Řada1
0,15
0,1
0,05
0
0
-
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
chybí popis os včetně jednotek, název grafu
nevhodně zvolené měřítko, zejména na ose y
zbytečně uvedená nic neříkající legenda
vzhledem k tomu, že se jedná o lineární závislost, nevhodně spojené body
Správně:
0,34
0,33
0,32
0,31
0,3
0,29
0,28
0,27
0,26
0,25
0,24
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Úloha č. 4: Měření refrakce systému benzen - metanol
2. Graf závislosti indexu lomu (y) na molárním zlomku metanolu (x)
S chybami:
1,6
1,5
1,4
1,3
1,2
1,1
1
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
-
chybí popis os včetně jednotek
-
nevhodně zvolené měřítko, zejména na ose y
-
vzhledem k tomu, že se jedná o nelineární závislost, je třeba body proložit hladkou křivkou
-
graf slouží pro odečet hodnot XM a YM potřebných ke sestrojení závislostí v úloze č. 5, proto je
vhodné zpracovat jej co největší (nejlépe na celou stranu A4) a pokud možno s co nejjemnějším
měřítkem na ose y
Správně:
1,51
1,5
1,49
1,48
1,47
1,46
1,45
1,44
1,43
1,42
1,41
1,4
1,39
1,38
1,37
1,36
1,35
1,34
1,33
1,32
1,31
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
Úloha č. 5: Rovnováha kapalina – pára
Oba dva níže popsané obrázky je vhodnější znázornit ručně na milimetrový nebo bílý papír, protože je to
rychlejší než na PC, zejména pro studenty, kteří nejsou zruční při znázorňování obtížnějších nelineárních
závislostí. Váš počítač „nějaké křivky“ ze zadaných dat vyhodnotí, ale protože nestudoval fyzikální
chemii a vy mu přesně nezadáte co má vytvořit, často to dopadne katastroficky a po prvním vrácení
protokolu se studenti, ač neradi, stejně navrátí k ručnímu zpracování, tak jak jim to bylo doporučeno.
Proto ani zde nenajdete náhled chybných a správných grafů, pouze upozorňujeme na časté nedostatky. Na
požádání vám však asistenti ochotně ukážou tzv. vzorové obrázky a vysvětlí, jak naměřená data
zpracovat.
1. Graf:
Izobarický fázový diagram (rovnováha l – g) systému metanol - benzen
Závislost teploty (y) na XM, YM (x)
Chyby:
-
obrázek je malý, doporučuje se využít celou stranu A4 na výšku
-
chybí popis os
-
před vynášením dat si studenti nezjistí z tabulek body varu čistých složek, které jsou v grafu
nezbytné
-
při sestrojování závislostí studenti nepoužijí křivítko a zapomenou, že graf musí vycházet právě
z bodů varů čistých složek a v bodě azeotropu je křivka hladká (viz skripta str. 92, obr. 3.12 b –
III+)
-
není uvedena naměřená teplota varu a složení azeotropu směsi metanol - benzen
2. Graf:
Fázový x – y diagram (rovnováha l – g) systému metanol - benzen
Závislost YM (y) na XM (x)
Chyby:
-
tzv. x-y diagram musí být vždy čtverec (molární zlomky kapaliny XM a páry YM mohou nabývat
hodnot 0 – 1) s úhlopříčkou
-
„esovitá“ křivka musí být sestrojena přes celý koncentrační rozsah (viz skripta str. 92, obr. 3.12 c
– III+)
-
v obrázku chybí vyznačení složení azeotropu
Úloha č. 6: Stanovení neutralizačního tepla kalorimetricky
Graf závislosti teploty (y) na čase (x)
S chybami:
30
25
20
15
Řada1
10
5
0
0
5
10
15
20
25
-
chybí popis os včetně jednotek, není uvedeno o kterou kyselinu se jedná
-
nejsou vyznačeny teplotní změny ∆ T1 a ∆ T2 s odečtením hodnoty
-
nevhodně zvolené měřítko na ose y
-
data závislosti teploty na čase pro každou kyselinu do samostatného obrázku
Správně:
27
2 M HCl
26,5
∆ T2 = 1,15
26
25,5
25
∆ T1 = 3
24,5
24
23,5
23
22,5
22
0
5
10
15
20
25
Úloha č. 7:
Třísložkový systém – vzájemná rozpustnost složek:
voda, kyselina octová, toluen
Soustavy o třech složkách se graficky znázorňují do rovnostranného trojúhelníkového diagramu (viz
návod do LC z FCH, případně skripta str. 112, kap. 3.4.1, obr. 3.31). V tomto případě se graf musí
sestrojit ručně, proto náhled není k dispozici, ale na požádání vám asistent ukáže „vzorový graf“ a
vysvětlí vynášení hodnot. Doporučuje se velikost rovnostranného trojúhelníku o straně minimálně 15 cm.
Na strany uveďte hmotnostní % složek, jejich hodnoty vzrůstají směrem k vrcholům, které představují
čisté složky. Pro výše uvedený systém je na základně v levém vrcholu A čistá voda a v pravém B čistý
toluen. Tyto dvě složky se spolu navzájem nemísí.
Chyby:
-
student nepoužije rovnostranný, ale rovnoramenný trojúhelník
-
na základnu trojúhelníka zadá chybně čisté složky
-
neuvědomí si, že v trojúhelníkovém diagramu platí tzv. pákové pravidlo
-
výsledná křivka není sestrojena až do vrcholů trojúhelníka AB
Úloha č. 8: Hustota
Kalibrační graf - závislost objemu vody (y) na dílcích stupnice pyknometru (x)
Chybně:
a)
18
17,5
17
16,5
16
15,5
15
0
10
20
30
40
50
60
30
40
50
60
b)
17,7
17,65
17,6
17,55
17,5
17,45
17,4
17,35
17,3
17,25
17,2
0
10
20
-
chybí popis os včetně jednotky
-
není uvedeno číslo pyknometru, pro který daný kalibrační graf platí
-
přímka není přes celý rozsah dílků pyknometru (zpravidla 0 – 60)
-
není vyznačen neznámý vzorek pro odečet jeho objemu
-
v obr. a) je nevhodně zvolené měřítko na ose y, následný odečet objemu není prakticky možný
nebo jen se značnou chybou
-
v obr. b) nelze odečíst objem, pokud bude naplněn pyknometr např. po 3 dílek
Správně:
Pyknometr č.3
17,8
17,75
17,7
17,65
17,6
17,55
17,5
17,45
17,4
17,35
17,3
17,25
17,2
17,15
17,1
0
10
20
30
40
50
60
Download

Grafické zpracování závislostí – laboratorní cvičení z FCH I http