氨基甲酸铵的制备及分解

先在三颈瓶中加入氢氧化钠固体,恒压滴液漏斗中装入浓氨水;随着浓氨水的加入,三颈瓶中有少量液体产生,这时开动搅拌使反应充分,产生的氨气通过氢氧化钠固体干燥塔进入到聚氯乙烯薄膜反应器。二氧化碳气体的产生是利用干冰气化原理锥形瓶内干冰气化生成二氧化碳气体使其自身温度维持在-78℃左右,避免了CO2气体的干燥,其流量可通过压实的干冰面积,即挥发面积粗略控制。在改进的实验装置里使用了聚氯乙烯薄膜反应器,它不仅保证了反应过程中的散热,而且在反应完成后轻轻揉搓薄膜即可得到氨基甲酸铵粉末。反应尾气通入稀硫酸洗气瓶,这不仅能防止有害的氨气进入空气,而且可以通过观察洗气瓶中有无气泡来判断氨气和二氧化碳气体是否按2：1的比例混合。若无气泡产生,说明比例合适,若有气泡产生,可以通过调节常压滴液漏斗的活塞控制浓氨水的加入速度,使两种气体混合比例适当。在反应初期,浓氨水的滴加速度基本稳定;在反应后期,由于干冰的剩余量较小,CO2气流量下降,氨水的滴加速度应减慢。实验三十七氨基甲酸铵分解平衡常数的测定一、实验目的1.测定氨基甲酸铵的分解压力，并求得反应的标准平衡常数和有关热力学函数。2.掌握空气恒温箱的结构原理及其使用。二、实验原理氨基甲酸铵的分解可用下式表示：243(2((NHCOONHNH2固)气)+CO气)设反应中气体为理想气体，则其标准平衡常数K可表达为22[][]copKPP3NHp（5-22）式中，3NHp和2cop分别表示反应温度下NH3和CO2的平衡分压，P为100kPa。设平衡总压为p，则23p3NHp；213copp代入式（5-22），得到23214()()()3327PPPKPPP（5-23）因此测得一定温度下的平衡总压后，即可按式（5-23）算出此温度的反应平衡常数K。氨基甲酸铵分解是一个热效应很大的吸热反应，温度对平衡常数的影响比较灵敏。但当温度变化范围不大时，按平衡常数与温度的关系式，可得：lnrmHKCRT（5-24）式中，rmH为该反应的标准摩尔反应热，R为摩尔气体常数，C为积分常数。根据式（5-24），只要测出几个不同温度下的，以lnK对1/T作图，由所得直线的斜率即可求得实验温度范围内的rmH。利用如下热力学关系式还可以计算反应的标准摩尔吉氏函数变化rmG和标准摩尔熵变rmS：lnrmGRTK（5-25）rmrmrmGHTS（5-26）本实验用静态法测定氨基甲酸铵的分解压力。参看图5-14所示的实验装置。样品瓶A和零压计B均装在空气恒温箱D中。实验时先将系统抽空（零压计两液面相平），然后关闭活塞1，让样品在恒温箱的温度t下分解，此时零压计右管上方为样品分解得到的气体，通过活塞2、3不断放入适量空气于零压计左管上方，使零压计中的液面始终保持相平。待分解反应达到平衡后，从外接的U形泵压力计测出零压计上方的气体压力，即为温度t下氨基甲酸铵分解的平衡压力。三、仪器与试剂试剂：氨基甲酸铵（固体粉末）。仪器：空气恒温箱，样品瓶，汞压力计，硅油零压计，机械真空泵，活塞等。四、实验步骤1.按图5-14的装置接好管路，并在样品瓶A中装入少量氨基甲酸铵粉末。2.打开活塞1，关闭其余所有活塞。然后开动机械真空泵，再缓慢打开活塞5和4，使系统逐步抽真空。约5min后，关闭活塞5、4和1。3.调节空气恒温箱D温度为（25.0±0.2）℃。4.随着氨基甲酸铵分解，零压计中右管液面降低，左管液面升高，出现了压差。为了消除零压计B中的压差，维持零压，先打开活塞3，随即关闭，再打开活塞2，此时毛细管E中的空气经过缓冲管G降压后进入零压计左管上方。再关闭活塞2，打开活塞3，如此反复操作，待零压计中液面相平且不随时间而变，则从U形汞压力计上测得平衡压差tp。注意：①不可将活塞2、3同时打开，以免压差过大而使零压计中的硅油冲入样品瓶。②若空气放入过多，造成零压计左管液面低于右管液面，此时可打开活塞5，通过真空泵将毛细管F抽真空，随后再关闭活塞5，打开活塞4。这样可以降低零压计左管上方的压力，直至两边液面相平。5.将空气恒温箱分别调到30℃、35℃、40℃，同上述实验步骤操作，从U形汞压力计测得各温度下系统达平衡后的压差。6.实验结束，必须先打开活塞6，再关闭真空泵（为什么？），然后打开活塞1、2、3，使系统通大气。7.测得大气压所使用的方法见本书附录4。五、数据处理1.将测得的大气压和U形汞压力计的汞高差tp进行温度校正见《大学基础化学实验（Ⅰ）》。2.求不同温度下系统的平衡总压p：ppp大气并与如下经验式计算结果相比较：6313.5ln30.5546pT。式中p的单位为Pa。3.计算各分解温度下K和rmG。4.以lnK对1/T作图，由斜率求得rmH。5.按式（5-26）计算rmS。六、思考题1.在一定温度下，氨基甲酸铵的用量多少对分解压力有何影响？2.为何要对汞压力计读数进行温度校正？若不进行此项校正，对平衡总压的值会引入多少误差？3.装置中毛细管E与F各起什么作用？为什么在系统抽真空时必须将活塞1打开？负责会引起什么后果？4.本实验为什么要用零压计？零压计中液体为什么选用硅油？七、进一步讨论1.由于NH2COONH4易吸水，故在制备及保存时使用的容器都应保持干燥。若NH2COONH4吸水，则生成（NH4）2CO3和NH4HCO3，就会给实验结果带来误差。2.本实验的装置与测定液体饱和蒸气压和蒸汽压的装置相似，故本装置也可用来测定液体的饱和蒸汽压。3.氨基甲酸铵极易分解，所以无商品销售，需要在实验前制备方法如下：在通风柜内将钢瓶的氨与二氧化碳在常温下同时通入一塑料袋中，一定时间后在塑料袋内壁上即附着氨基甲酸铵的白色结晶。4.为避免使用汞的麻烦，本实验可用负压传感器（见本书附录4）代替U形汞压力计。