氨基甲酸銨分解平衡常數(shù)的測定

1、實(shí)驗(yàn)六 氨基甲酸銨分解平衡常數(shù)的測定一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 測定氨基甲酸銨的分解壓力，并求得反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)和有關(guān)熱力學(xué)函數(shù)。2. 掌握空氣恒溫箱的結(jié)構(gòu)原理及其使用。二、 實(shí)驗(yàn)原理氨基甲酸銨的分解可用下式表示：設(shè)反應(yīng)中氣體為理想氣體，則其標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)可表達(dá)為 （5-22）式中，和分別表示反應(yīng)溫度下NH3和CO2的平衡分壓，為100kPa。設(shè)平衡總壓為p，則 ；代入式（5-22），得到 （5-23） 因此測得一定溫度下的平衡總壓后，即可按式（5-23）算出此溫度的反應(yīng)平衡常數(shù)。氨基甲酸銨分解是一個(gè)熱效應(yīng)很大的吸熱反應(yīng)，溫度對(duì)平衡常數(shù)的影響比較靈敏。但當(dāng)溫度變化范圍不大時(shí)，按平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系式，

2、可得： （5-24） 式中，為該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)熱，R為摩爾氣體常數(shù)，C為積分常數(shù)。根據(jù)式（5-24），只要測出幾個(gè)不同溫度下的，以對(duì)1/T作圖，由所得直線的斜率即可求得實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)的。 利用如下熱力學(xué)關(guān)系式還可以計(jì)算反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉氏函數(shù)變化和標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵變： （5-25） （5-26） 本實(shí)驗(yàn)用靜態(tài)法測定氨基甲酸銨的分解壓力。參看圖5-14所示的實(shí)驗(yàn)裝置。樣品瓶A和零壓計(jì)B均裝在空氣恒溫箱D中。實(shí)驗(yàn)時(shí)先將系統(tǒng)抽空（零壓計(jì)兩液面相平），然后關(guān)閉活塞1，讓樣品在恒溫箱的溫度t下分解，此時(shí)零壓計(jì)右管上方為樣品分解得到的氣體，通過活塞2、3不斷放入適量空氣于零壓計(jì)左管上方，使零壓計(jì)中的液面始終保

3、持相平。待分解反應(yīng)達(dá)到平衡后，從外接的U形泵壓力計(jì)測出零壓計(jì)上方的氣體壓力，即為溫度t下氨基甲酸銨分解的平衡壓力。三、 儀器與試劑試劑：氨基甲酸銨（固體粉末）。儀器：空氣恒溫箱，樣品瓶，汞壓力計(jì)，硅油零壓計(jì)，機(jī)械真空泵，活塞等。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1. 按圖5-14的裝置接好管路，并在樣品瓶A中裝入少量氨基甲酸銨粉末。 2. 打開活塞1，關(guān)閉其余所有活塞。然后開動(dòng)機(jī)械真空泵，再緩慢打開活塞5和4，使系統(tǒng)逐步抽真空。約5min后，關(guān)閉活塞5、4和1。3. 調(diào)節(jié)空氣恒溫箱D溫度為（25.0±0.2）。4. 隨著氨基甲酸銨分解，零壓計(jì)中右管液面降低，左管液面升高，出現(xiàn)了壓差。為了消除零壓計(jì)B中的

4、壓差，維持零壓，先打開活塞3，隨即關(guān)閉，再打開活塞2，此時(shí)毛細(xì)管E中的空氣經(jīng)過緩沖管G降壓后進(jìn)入零壓計(jì)左管上方。再關(guān)閉活塞2，打開活塞3，如此反復(fù)操作，待零壓計(jì)中液面相平且不隨時(shí)間而變，則從U形汞壓力計(jì)上測得平衡壓差。注意：不可將活塞2、3同時(shí)打開，以免壓差過大而使零壓計(jì)中的硅油沖入樣品瓶。若空氣放入過多，造成零壓計(jì)左管液面低于右管液面，此時(shí)可打開活塞5，通過真空泵將毛細(xì)管F抽真空，隨后再關(guān)閉活塞5，打開活塞4。這樣可以降低零壓計(jì)左管上方的壓力，直至兩邊液面相平。5. 將空氣恒溫箱分別調(diào)到30、35、40，同上述實(shí)驗(yàn)步驟操作，從U形汞壓力計(jì)測得各溫度下系統(tǒng)達(dá)平衡后的壓差。6. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，必須先

5、打開活塞6，再關(guān)閉真空泵（為什么？），然后打開活塞1、2、3，使系統(tǒng)通大氣。7. 測得大氣壓所使用的方法見本書附錄4。五、 數(shù)據(jù)處理1. 將測得的大氣壓和U形汞壓力計(jì)的汞高差進(jìn)行溫度校正見大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)（）。2. 求不同溫度下系統(tǒng)的平衡總壓：并與如下經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算結(jié)果相比較：。式中p的單位為Pa。3. 計(jì)算各分解溫度下和。4. 以對(duì)1/T作圖，由斜率求得。5. 按式（5-26）計(jì)算。六、 思考題1. 在一定溫度下，氨基甲酸銨的用量多少對(duì)分解壓力有何影響？2. 為何要對(duì)汞壓力計(jì)讀數(shù)進(jìn)行溫度校正？若不進(jìn)行此項(xiàng)校正，對(duì)平衡總壓的值會(huì)引入多少誤差？3. 裝置中毛細(xì)管E與F各起什么作用？為什么在系統(tǒng)抽真空時(shí)必須將活塞1打開？負(fù)責(zé)會(huì)引起什么后果？4. 本實(shí)驗(yàn)為什么要用零壓計(jì)？零壓計(jì)中液體為什么選用硅油？七、 進(jìn)一步討論1. 由于NH2COONH4易吸水，故在制備及保存時(shí)使用的容器都應(yīng)保持干燥。若NH2COONH4吸水，則生成（NH4）2CO3和NH4HCO3，就會(huì)給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來誤差。2. 本實(shí)驗(yàn)的裝置與測定液體飽和蒸氣壓和蒸汽壓的裝置相似，故本裝置也可用來測定液體的飽和蒸汽壓。3. 氨基甲酸銨極易分解，所以無商品銷售，需要在實(shí)驗(yàn)前制備方法如下：在通風(fēng)柜