【doc】SPSS17.0在制备氢氧化亚铁研究中的应用
SPSS17(0在制备氢氧化亚铁研究中的应用
2011年第3期化学教育
SPSS17.0在制备氢氧化亚铁研究中的应用
段中东熊言林
(安徽师范大学化学与材料科学学院芜湖241000) 摘要借助SPSS软件设计正交实验表,在乙醇,水体系中研究制备氢氧化亚铁的
新方法,利用
SPSS软件对实验结果进行方差分析,得出制备氢氧化亚铁的最佳实验条件,同时
对实验结果进行分
析,讨论并加以实验验证.
关键词氢氧化亚铁硫酸亚铁方差分析乙醇一水体系正交实验实验条件
氢氧化亚铁是制备纳米Fe.O.,Fe.04等的前
驱物,能够在常温常压下制备氢氧化亚铁具有一定 的生产价值1].由于制取白色的氢氧化亚铁受诸多 因素影响_2],如原料的选择和浓度,试管型号,试剂 用量,陈化时间等,系统地研究这些影响因素对更好 地研究氢氧化亚铁制备方法具有重要意义.
本文借助SPSS17.0软件设计正交实验,研究
了乙醇一水体系下氢氧化亚铁的制备过程,硫酸亚 铁,氢氧化钠和酒精浓度的变化及试管型号对制备 氢氧化亚铁的影响,通过原料配比的优化,寻找各原 料的最佳配比.通过调整反应中的原料来实现在一 定范围内控制晶体的白色程度,从而制备出更加优 质的氢氧化亚铁.
1SPss设计正交实验
1.1正交实验因素水平表的设计
氢氧化亚铁的制备是一个非常难做的实验,目
前国内大多数是采用"水溶液介质除氧法"制备氢氧 化亚铁,但实验效果不佳,得到的絮状沉淀白度不 够.本实验是以国家公布的标准白度为实验指标, 根据实验原理选取因素和水平数.影响氢氧化亚铁 制备的主要因素是:硫酸亚铁溶液浓度,氢氧化钠溶 液浓度,试管型号和乙醇浓度.利用正交实验原 理,本实验设计为四因素四水平表,如表1所示. 表1氢氧化亚铁制备的正交实验因素水平表 因素
水平ABCD
VFeSO4/mLaH/mL眈醇/%试管型号
0.50.51002Omm×200mm
1.O1.09516mm×16Omill
1.51.59010mm×1O0mm
四2.02.085指形管
说明:?硫酸亚铁溶液是0.1mol/L.?氢氧化钠溶液是 0.1mol/L,采用不同浓度乙醇作为溶剂溶解.?实验中每次取2 mL乙醇放在反应物溶液上方,作为覆盖层,并且其浓度与氢氧化钠
溶液中乙醇浓度相同.
*安徽师范大学大学生创新性实验计划项目(CXSY09025)
**
通讯联系人,E-mail:xylll30@mail.ahnu.edu.crl
1.2实验方法及评价
取新制的氢氧化钠乙醇溶液于试管中,加入乙 醇覆盖层,再使用胶头滴管取新制的硫酸亚铁溶液 深入试管液面下加入溶液,可制备氢氧化亚铁,并根 据其外观白色程度及沉淀量进行打分评价. 1.3实验设计与结果
本设计选用Ls(4)正交表安排实施实验,实验
及结果见表2.
表2氢氧化亚铁外观正交实验结果 ABCDE氢氧化亚铁序号
VF~)4/mEVN~o./mL醇/%试管型号空白列外观评分
11342390
24432175
33212440
41234270
52414345
62122250
72243175
81111110
94313240
10344l280
111423470
123133365
134221345
144144485
l53324170
162331450
化学教育2O11年第3期
2SPSS数据分析及结论
SPSS正交实验数据输出有因素变量表(表3),
单因素统计量表(表4,7)和方差分析表(表8),关
于SPSS软件的方差分析操作步骤参阅相关文
献[.
表3因素变量表
表4因素统计量表:氢氧化亚铁外观评分 95置信区间
硫酸亚铁溶液平均值标准偏差
下限限
0.5mL6O.0001.76854.37465.626 1.OmL55.0001.76849.37460.626 l_5mL63.7501.76858.12469.376 2.OmL61.2501.76855.62466.876 表5因素统计量表:氢氧化亚铁外观评分
95%置信区间
氢氧化钠溶液平均值标准偏差
下限上限
0.5mL52.5001.76846.87458.126 l_OmL57.5001.76851.87463.126 1.5mL62.5001.76856.87468.126 2.0mL67.5001.76861.87473.126 表6因素统计量表:氢氧化亚铁外观评分
95置信区间
乙醇浓度平均值标准偏差
下限上限
10033.7501.76828.12439.376 9558.750t.76853.12464.376 t
9O65.0001.76859.37470.626 8582.5001.76876.87488.126 表7因素统计量表:氢氧化亚铁外观评分
95置信区间
试管型号平均值标准偏差
下限上限
20mm×200mm46.2501.76840.62451.876 16mm×160mm63.7501.76858.12469.376
10mm×lO0mm62.5001.76856.87468.126 指形管67.5001.7686l_87473.126 表8方差分析表:氢氧化亚铁外观评分
TypeIIISumS
ourcedfMeanSqHareFSig.
0fSquares
Corrected
Model6612.50012551.04244:083.005 Int~cept57600.000157600.0004608.000.000
A162.500354.1674.33.3.130 B500.0003166.66713.333.O31 ^
C4887.50031629._l67130.333.O01 Dt062.5003354.16728.333.Ol1 Error37.500312.500
Tota164250.00016
Corrected
6650.00015T
ota1
*RSquared=.994(A~ustedRSquared;.972)
表8中各列的意义分别是方差来源(Source), 平方和(TypeIIISumofSquares),自由度(dr),均
方(MeanSquare),F值及显着值(Sig.).由表4,7
单因素统计量表中的均值分析可知,A,B,C,D四个
因素分别应选取水平3,4,4,4,即A.B4CD4.由表
8方差分析表中的Sig.大小(一般把在0.05水平上
的差异称作差异在0.05水平上显着,0.01水平上
的差异被称作差异在0.0I水平上显着),可以知道
B,D在0.05水平上差异显着;C在0.01水平上差
异显着;PA>0.05,那么A不存在显着性差异,即 A,B,C,D对实验结果的影响次序依次为C>D>B
>A.通过表4,7及表8,得出制备氢氧化亚铁的 最佳实验条件为A.D,即O.1mol/LFeSO 溶液为1.5mL,0.1mol/LNaOH溶液为2.0mL, 乙醇浓度为85和试管型号为指形管.下面就通 过实验加以验证.
3最佳实验条件验证实验
3.1实验仪器和试剂
指形试管,带有刻度的胶头滴管,0.1mol/L硫 酸亚铁溶液,0.1mol/I氢氧化钠溶液(85乙醇作 为溶剂)及85乙醇.
(下转第62页)
化学教育2011年第3期
用蒸馏水,而不能用自来水代替,因为自来水中有电 解质及其他杂质会引起胶体的聚沉.其次,将 eC1.溶液加入到NaOH溶液时一定要不断搅拌, F
否则会由于局部pH过大,导致氢氧化铁沉淀,通过 实验过程中测得的混合物pH发现,形成氢氧化铁 稳定胶体的环境均显酸陛.pH一旦超过6,配制的 胶体会很快形成沉淀.最后,通过大量对比实验和 平行实验发现,NaOH溶液的用量决定了Fe(OH)s 胶体制备实验的成败,NaOH溶液滴数与FeC1s溶 液滴数比例一旦超过一定比例,混合物的pH增大, 在24小时之内必然出现沉淀.FeC1.溶液的用量 决定了胶体的外观效果,即颜色的深浅.所以巧妙 控制2者的比例是本实验成败的关键.
3.3将定量研究和统计学分析方法引入化学实验 教学研究
利用SPSS17.0统计分析软件将正交实验设计 的理论和方法引入中学化学的实验研究,在定性分 (上接第58页)
析的基础上进行定量研究,目的在于使学生掌握科 学的化学实验研究方法,独立解决中学化学实验中 的疑难问题,从而使学生在科学方法上得到全面训 练,并培养学生独立进行实验方案设计和提高分析 解决化学实验问题的能力.SPSS软件统计功能强 大,尤其对于化学正交实验设计中的数据处理,极大 地提高工作效率,且结果更为精确和科学.运用统 计学软件进行定量分析方法的引入也为化学实验研 究提供了科学的依据,同时与定性分析相结合已经 成为化学实验研究的发展趋势.
参考文献
r1]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书:化学1.北京:人
民教育出版社,2004:26—27
[2J李远志.大学化学,1999,(1O):32 [3]
琴,周晓慧.大连交通大学,2009,(2):39 [4]黎茂坚.化学教育,2009,30(9):52—54 E53孙影.化学教育,2006,27(8):48—49 3.2实验步骤
(1)用胶头滴管取新制的0.1mol/L氢氧化钠 乙醇溶液2mL于指形试管中,再加入2mL85的 乙醇作为覆盖层;
(2)用胶头滴管取新制的0.1mol/L硫酸亚铁 溶液1.5mL深入指形试管液面下加入溶液,可制 备氢氧化亚铁.
3.3实验现象及结论
制备的氢氧化亚铁如图l所示,实验结果与
SPSS软件分析出的最佳实验条件相吻合,说明 A.?就为制备氢氧化亚铁的最佳实验条
件,数据准确可信.通过实验,本方法制备的氢氧化 亚铁在常温,无密封的条件下能存放半小时以上不 会发生变化.
4展望
本文先制定制备氢氧化亚铁的因素及水平,进 行正交实验,进而对得出的实验数据进行分析,再通 过实验进行验证.整个实验过程完全遵循实验的科 学性,且实验数据准确,进一步说明确定的制备氢氧 化亚铁的实验因素与水平是合理的.本实验借助 图1制备的氢氧化亚铁
SPSS软件强大的数据分析功能对实验数据进行分 析进而得出最佳实验条件,最终得出制备氢氧化亚 铁的最佳实验方法.SPSS软件在正交实验设计及 实验数据统计分析方面具有很好的应用推广价值. 参考文献
[11巩志坚等.材料导报,2006,(7):19—21 [23熊言林.化学教育,2003,24(9):29—31 E33孙影.化学教育,2006,27(8):48—49 [41孙影,贾卫国.化学教学,2006,(8):47—49