氨基甲酸铵分解反应平衡常数的测定

实验报告课程名称：大学化学实验P指导老师：成绩：__________________实验名称：氨基甲酸铵分解反应平衡常数的测定实验类型：同组学生姓名：一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、实验材料与试剂（必填）四、实验器材与仪器（必填）五、操作方法和实验步骤（必填）六、实验数据记录和处理七、实验结果与分析（必填）八、讨论、心得一、实验目的和要求1、熟悉用等压法测定固体分解反应的平衡压力。2、掌握真空实验技术。3、测定氨基甲酸铵分解压力，计算分解反应平衡常数及有关热力学函数。二、实验内容和原理氨基甲酸铵是是合成尿素的中间产物，白色固体，不稳定，加热易发生如下的分界反应：该反应是可逆的多相反应。若将气体看成理想气体，并不将分解产物从系统中移走，则很容易达到平衡，标准平衡常数K可表示为：系统的总压等于NH3和CO2的分压之和，从化学反应计量方程式可知：CO2分压占总压的1/3，代入上式可得：系统在一定的温度下达到平衡，压力总是一定的，称为NH2COONH4的分解压力。测量其总压p总即可计算出标准平衡常数K。温度对平衡常数的影响：24322NHCOONHsNHgCOg322NHCOppKpp!!!g232143327pppKppp总总总!!!!g2lnrmHdKdTRT!!g装订线温度变化范围不大时，rmH!视为常数。以lnK!对1/T作图，应为一条直线，从斜率可求得rmH!。反应的标准摩尔吉布斯函数变化rmG!与标准平衡常数K的关系为：用标准摩尔热效应和标准摩尔吉布斯函数变rmS!可近似地计算该温度下的标准熵变：因此，由实验测出一定温度范围内不同温度T时氨基甲酸铵的分解压力（即平衡总压），可分别求出标准平衡常K及标准摩尔热效应rmH!、标准摩尔吉布斯函数变化rmG!及标准摩尔熵变rmS!。等压法测氨基甲酸铵分解装置如图1所示。等压计中的封闭液通常选用邻苯二甲酸二壬酯、硅油或石蜡油等蒸气压小且不与系统中任何物质发生化学作用的液体。若它与U形汞压力计连用时，由于硅油的密度与汞的密度相差悬殊，故等压计中两液面若有微小的高度差，则可忽略不计。本实验中采用数字式低真空测压仪测定系统总压。图1等压法测氨基甲酸铵分解压装置图三、主要仪器设备lnrmHKCRT!!lnrmGRTK!!/rrrmmmSHGT!!!仪器：等压法测分压装置；数字式低真空测压仪试剂：氨基甲酸铵；硅油四、操作方法和实验步骤1、检漏。检查活塞和气路，开启真空泵，抽气至系统达到一定真空度，关闭活塞11，停止抽气。观察数字式压力测量仪的读数，判断是否漏气，如果在数分钟内压力计读数基本不变，表明系统不漏气。若有漏气，则应从泵至系统分段检查，并用真空油脂封住漏口，直至不漏气为止，才可进行下一步实验。2、装样品。本实验已经装好。3、测量。打开恒温水浴开关，设定温度为30℃。打开真空泵，将系统中的空气排出，约15min，关闭旋塞，停止抽气。缓慢开启旋塞接通毛细管，小心地将空气逐渐放入系统，直至等压计U形管两臂硅油齐平，立即关闭旋塞，观察硅油面，反复多次地重复放气操作，直至10min内硅油面齐平不变，即可读数。4、重复测量。再使系统与真空泵相连，在开泵1~2min后，再打开旋塞。继续排气，约10min后，如上操作重新测定氨基甲酸铵分解压力。如两次测定结果压力差小于200Pa，可进行下一步实验。5、升温测量。调节恒温槽的温度为35℃，在升温过程中逐渐从毛细管缓慢放入空气，使分解的气体不致于通过硅油鼓泡。恒温10min。最后至U形管两臂硅油面齐平且保持10min不变，即可读取测压仪读数及恒温槽温度。同法测定40℃的分解压。6、复原。实验完毕后，将空气慢慢放入系统，使系统解除真空。关闭测压仪。五、实验数据记录和处理室温：26.5℃；大气压：101.30kPa表一不同温度时的氨基甲酸铵分解压温度测压仪读数/kPa分解压/kPaKlnKrmG!J/molrmS!J/(mol*k)t/℃T/K1/T/K-130303.150.0032987-84.5416.760.0006975-7.26818318.2473.2430303.150.0032987-84.5016.800.0007025-7.26118300.5473.3035308.150.0032452-77.5123.790.0019947-6.21715927.7473.3240313.150.0031934-68.0433.260.0054508-5.21213569.6473.30由福廷式气压计测定大气压p1=101.30kPa由公式：T=t+273.15K；p(分解)=p(大气压)+p(测)；K=4/27*[p(总)/p]3；p=100kPa所得数据见表一。以lnK!对1/T作图，得一直线如图2图2lnK!~~1/T图由图2可得：斜率S为-19459所以，rmH!=－RS=161.78kJ/mol；不同温度时，反应的标准摩尔吉布斯函数变化，计算结果填入表一中；标准摩尔熵变rmS!由公式计算后，结果填入表一。六、实验结果与分析标准值查得，rmH!=159.32kJ/mol。所以，相对误差Er=|rmH!（文献）-rmH!|/rmH!（文献）×100%=1.54%误差产生原因：1、放氨基甲酸铵的容器内空气在误差允许内未置换完全；2、读数时，等压计U形管两臂硅油未完全齐平或齐平但还在微小变动，形成较小误差。七、讨论、心得注意事项：1、恒温槽不必正是30℃，只要控制一个接近30℃的温度即可，但一定要保证温度波动较小。因为体系的温度变化会较大程度地改变氨基甲酸铵的分解压。2、试验过程中放进空气的操作要缓慢，以避免空气穿过等压管汞柱进入平衡体系中。思考题：1、如何检查系统是否漏气？y=-19459x+56.929R²=1-8-7-6-5-4-3-2-100.003150.00320.003250.00330.00335lnKlnKq线性(lnKq)lnrmGRTK!!/rrrmmmSHGT!!!答：开动真空泵，检查旋塞位置并使系统与真空泵连接，几分钟后关闭真空泵和阀门，观察平衡常数测定仪的示数是否变化，若变化则说明系统漏气。2、什么叫分解压？氨基甲酸铵分解反应是属于什么类型的反应？答：固体或液体化合物发生分解反应，在指定的温度下达到平衡时，所生成的气体的总压力，称为分解压。属于吸热反应。3、怎样测定氨基甲酸铵的分解压力？答：在真空中使氨基甲酸铵的分解达到平衡，，这是系统的总压即为氨基甲酸铵的分解压。用测压仪测出气压差，再根据室内气压读数，即可得出不同温度下氨基甲酸铵的分解压力。4、为什么要抽净小球泡中的空气？若系统中有少量空气，对实验结果有何影响？答：需要测定的是反应产生的气体的压力，即NH3和CO2的总压。如果系统中有少量空气，得到的蒸气压数据就会偏大，平衡常数就会偏大。5、如何判断氨基甲酸铵分解已达平衡？没有平衡就测数据，有何影响？答：U型等压计两臂的液面无论是否等高，在足够时间内，液面不再变化即可认为反应体系已达平衡。没平衡就测会使分解压偏小，平衡常数也会偏小。6、根据哪些原则选用等压计中的密封液？答：应选用蒸气压小，难挥发，粘稠度高，且不与系统中物质发生化学作用的液体。7、当使空气通入系统时，若通得过多有何现象出现？如何克服？答：反应体系将漏入空气。因此通气速率一定要慢，如将空气引入，重新抽空气，重新实验。8、将测量值与文献值比较，分析引起误差的主要原因。答：1、放氨基甲酸铵的容器内空气在误差允许内未置换完全；2、读数时，等压计U形管两臂硅油未完全齐平或齐平但还在微小变动，形成较小误差。