氨基甲酸銨分解反應(yīng)平衡常數(shù)的測定修訂

1、實(shí)驗(yàn)名稱：氨基甲酸銨分解反應(yīng)平衡常數(shù)的測定 實(shí)驗(yàn)類型：_同組學(xué)生姓名：_一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?、熟悉用等壓法測定固體分解反應(yīng)的平衡壓力。2、掌握真空實(shí)驗(yàn)技術(shù)。3、測定氨基甲酸銨分解壓力，計(jì)算分解反應(yīng)平衡常數(shù)及有關(guān)熱力學(xué)函數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理氨基甲酸銨(NH2COONH4)是是合成尿素的中間產(chǎn)物，白色固體，不穩(wěn)定，加熱易發(fā)生如下的分解反應(yīng)：NH2COONH4(s) 2NH3（g）+CO2（g）該反應(yīng)是可逆的多相反應(yīng)。若將氣體看成理想氣體，

2、并不將分解產(chǎn)物從系統(tǒng)中移走，則很容易達(dá)到平衡，標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kp 可表示為：Kp= （1）式中，、分別為平衡時(shí)NH3和CO2的分壓，又因固體氨基甲酸銨的蒸氣壓可忽略不計(jì)，故體系的總壓p總為：p總稱為反應(yīng)的分解壓力，從反應(yīng)的計(jì)量關(guān)系知2則有 p總和p總Kp= (p總)2 (p總) （2）可見當(dāng)體系達(dá)平衡后，測得平衡總壓后就可求算實(shí)驗(yàn)溫度的平衡常數(shù)Kp。平衡常數(shù)Kp稱為經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)。為將平衡常數(shù)與熱力學(xué)函數(shù)聯(lián)系起來，我們再定義標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)?；瘜W(xué)熱力學(xué)規(guī)定溫度為T、壓力為100kpa的理想氣體為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，100kpa稱為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)壓力。、或p總除以100kpa就得標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。 = ()2 () = ()3

3、 = 溫度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的影響可用下式表示：= （3）式中，Hm為等壓下反應(yīng)的摩爾焓變即摩爾熱效應(yīng)，在溫度范圍不大時(shí)Hm可視為常數(shù)，由積分得： ln=+C （4）作ln-圖應(yīng)得一直線，斜率S=，由此算得Hm =RS。反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變化與標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的關(guān)系為：rGm = - RTlnK (5)用標(biāo)準(zhǔn)摩爾熱效應(yīng)和標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變可近似地計(jì)算該溫度下的標(biāo)準(zhǔn)熵變：rSm = (rHm -rGm) / T (6)因此，由實(shí)驗(yàn)測出一定溫度范圍內(nèi)不同溫度T時(shí)氨基甲酸銨的分解壓力（即平衡總壓），可分別求出標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) 及熱力學(xué)函數(shù):標(biāo)準(zhǔn)摩爾熱效應(yīng)、標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變化及標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵變。 等壓法測

4、氨基甲酸銨分解裝置如圖1所示。等壓計(jì)中的封閉液通常選用鄰苯二甲酸二壬酯、硅油或石蠟油等蒸氣壓小且不與系統(tǒng)中任何物質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用的液體。若它與U形汞壓力計(jì)連用時(shí)，由于硅油的密度與汞的密度相差懸殊，故等壓計(jì)中兩液面若有微小的高度差，則可忽略不計(jì)。本實(shí)驗(yàn)中采用數(shù)字式低真空測壓儀測定系統(tǒng)總壓。圖1等壓法測氨基甲酸銨分解壓裝置圖三、主要儀器設(shè)備儀器：等壓法測分壓裝置；數(shù)字式低真空測壓儀（DPC-2C）；試劑：氨基甲酸銨；硅油。四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟1、 檢漏。檢查活塞和氣路，開啟真空泵，抽氣至系統(tǒng)達(dá)到一定真空度，關(guān)閉活塞11，停止抽氣。觀察數(shù)字式壓力測量儀的讀數(shù)，判斷是否漏氣，如果在數(shù)分鐘內(nèi)壓力計(jì)讀數(shù)基

5、本不變，表明系統(tǒng)不漏氣。若有漏氣，則應(yīng)從泵至系統(tǒng)分段檢查，并用真空油脂封住漏口，直至不漏氣為止，才可進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。2、 測量。打開恒溫水浴開關(guān)，設(shè)定溫度為（30±0.1）。打開真空泵，將系統(tǒng)中的空氣排出，約15min，關(guān)閉旋塞，停止抽氣。緩慢開啟旋塞接通毛細(xì)管，小心地將空氣逐漸放入系統(tǒng)，直至等壓計(jì)U形管兩臂硅油齊平，立即關(guān)閉旋塞，觀察硅油面，反復(fù)多次地重復(fù)放氣操作，直至10min內(nèi)硅油面齊平不變，即可讀數(shù)。3、 重復(fù)測量。再使系統(tǒng)與真空泵相連，在開泵12min后，再打開旋塞。繼續(xù)排氣，約10min后，如上操作重新測定氨基甲酸銨分解壓力。如兩次測定結(jié)果壓力差小于200Pa，可進(jìn)行下一

6、步實(shí)驗(yàn)。4、 升溫測量。調(diào)節(jié)恒溫槽的溫度為35，在升溫過程中逐漸從毛細(xì)管緩慢放入空氣，使分解的氣體不致于通過硅油鼓泡。恒溫10min。最后至U形管兩臂硅油面齊平且保持10min不變，即可讀取測壓儀讀數(shù)及恒溫槽溫度。同法測定40、45的分解壓。5、 復(fù)原。實(shí)驗(yàn)完畢后，將空氣慢慢放入系統(tǒng)，使系統(tǒng)解除真空。關(guān)閉測壓儀。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理室溫：17.5；大氣壓：102.01kPa（15.0）表一不同溫度時(shí)的氨基甲酸銨分解壓溫度t/ T/K 1/T /K-1測壓儀讀數(shù)/kPa分解壓/kPaKln K29.95303.10.00329924-85.8315.790.0005832-7.44729.95

7、303.10.00329924-85.9315.690.0005722-7.46635.08308.230.00324433-79.0422.580.0017056-6.37440.05313.20.00319285-69.2632.360.0050202-5.29445.05318.20.00314268-56.5945.030.0135270-4.303由福廷式氣壓計(jì)測定大氣壓p1=102.01kPa,溫度t=15.0經(jīng)溫度修正和重力加速度修正：p(校正)=p1*(1-0.000163t)*g/g0;其中，g=9.793m/s2、g0=9.80665 m/s2 得p(校正)=101.62k

8、Pa由公式：T = t + 273.15K；p(分解) = p(校正) + p(測)；K=4/27*p(校正)/p3；p=100kPa所得數(shù)據(jù)見表一。作ln-圖得一直線如圖2圖2 ln 圖由圖2可得：斜率S= -20198所以，r Hm =RS= 167946.37 J/mol；30時(shí)，反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變化rGm = - RTlnK= 18767.952 J/mol；標(biāo)準(zhǔn)熵變：rSm = (rHm -rGm) / T=492.18 J/（mol*K）。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析氨基甲酸銨分解反應(yīng)的等壓反應(yīng)熱效應(yīng)r Hm =RS= 167946.37 J/mol；從網(wǎng)站r Hm （文獻(xiàn)）=159

9、.32kJ/mol。所以，相對(duì)誤差 Er=|r Hm （文獻(xiàn)）-r Hm |/r Hm （文獻(xiàn)）*100%=5%誤差產(chǎn)生原因：1、放氨基甲酸銨的容器內(nèi)空氣在誤差允許內(nèi)未置換完全； 2、讀數(shù)時(shí)，等壓計(jì)U形管兩臂硅油未完全齊平或齊平但還在微小變動(dòng)，形成較小誤差。 3、在一定的溫度范圍內(nèi)，r Hm 不是嚴(yán)格意義上恒定不變，而實(shí)驗(yàn)時(shí)為方便在允許范圍內(nèi)認(rèn)定它恒定不變，用線性處理會(huì)造成一定的誤差。七、討論、心得注意事項(xiàng)：1、恒溫槽不必正是30，只要控制一個(gè)接近30的溫度即可，但一定要保證溫度波動(dòng)較小。因?yàn)轶w系的溫度變化會(huì)較大程度地改變氨基甲酸銨的分解壓。2、試驗(yàn)過程中放進(jìn)空氣的操作要緩慢，以避免空氣穿過等

10、壓管汞柱進(jìn)入平衡體系中,這也是保證試驗(yàn)順利進(jìn)行的重要操作之一。3、為檢查30時(shí)是否真正達(dá)到平衡,也為了檢查小球內(nèi)空氣是否置換完全,要求第一次做好后，放入空氣，再次抽氣并調(diào)節(jié)至平衡,重復(fù)測定一次，兩次測定結(jié)果壓力差應(yīng)小于200Pa。裝 訂 線思考題：1、如何檢查系統(tǒng)是否漏氣？答：關(guān)閉真空泵，關(guān)閉閥門，觀察平衡常數(shù)測定儀的示數(shù)是否變化，若變化則說明系統(tǒng)漏氣，若變化過快，則需要檢查裝置重新抽氣。2、什么叫分解壓？答：固體或液體化合物發(fā)生分解反應(yīng)，在指定的溫度下達(dá)到平衡時(shí)，所生成的氣體的總壓力，稱為分解壓。 3、怎樣測定氨基甲酸銨的分解壓力？答：在真空中使氨基甲酸銨的分解達(dá)到平衡，這是系統(tǒng)的總壓即為氨基甲酸銨的分解壓。4、為什么要抽凈小球泡中的空氣？若系統(tǒng)中有少量空氣，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響？答：需要測定的只是的反應(yīng)產(chǎn)生的氣體的壓力，即氨氣和二氧化碳的總壓，所以空氣排除得越干凈，得到的數(shù)據(jù)結(jié)果就越準(zhǔn)確。如果系統(tǒng)中有少量空氣，得到的蒸氣壓數(shù)據(jù)就會(huì)偏大，平衡常數(shù)就會(huì)偏大。5、如何判斷氨基甲酸銨分解已達(dá)平衡？答：U型等壓計(jì)兩臂的液面無論是否等高，在1min內(nèi)，液面不再變化即可認(rèn)為反應(yīng)體系已達(dá)平衡。若未平衡時(shí)就