氨基甲酸铵分解反应标准平衡常数的测定.doc

一、 实验目的1、掌握测定平衡常数的一种方法。2、用等压法测定氨基甲酸铵的分解压力并计算分解反应的有关热力学常数。二、 实验原理氨基甲酸铵的分解可用下式表示：Kp=P2 NH3 P CO2 （3-1）设反应中气体为理想气体，则其标准平衡常数可表达为 式中，和分别表示反应温度下NH3和CO2的平衡分压，为100kPa。设平衡总压为p，则 ；代入式（3-2），得到 （3-3）因此测得一定温度下的平衡总压后，即可按式（3-3）算出此温度的反应平衡常数。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： （3-4）式中，为该反应的标准摩尔反应焓，R为摩尔气体常数，C为积分常数。根据式（3-4），只要测出几个不同温度下的，以对1/T作图，所得直线的斜率即为，由此可求得实验温度范围内的。 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和标准摩尔熵变： （3-5） （3-6） 本实验用静态法测定氨基甲酸铵的分解压力。参看图3-1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、 仪器和试剂1. 仪器：循环水泵，低真空数字测压仪，等压计，恒温槽一套，样品管2. 试剂：氨基甲酸铵，液体石蜡。 图3-1 等压法测氨基甲酸铵分解压装置图四、 实验步骤1、读出大气压和室温。2、恒温槽中加水至没过样品管和等压计，打开恒温水浴开关，设定温度为25，将真空测压仪置零。3、旋转活塞11，抽吸大约1分钟，把样品管中的空气抽走，然后关闭活塞11。慢慢旋转活塞13，慢慢放入空气进入体系，使U型等压计液面水平（注意：切不可使空气进入过快，避免空气进入样品管）。若1分钟内保持液面水平不变，记下低真空测压仪的读数，0.1kpa之内，则可改变温度，继续进行实验；若第二次结果偏差较大，说明第一次空气没有抽净，应在重复一次。若平衡保持不住，可检查是否有漏气的地方。4、打开恒温槽上的设置开关，设置温度比上一个温度高5。测定方法同上，共做25、30、35、40、45，5组。5、当5组数测完后，关闭活塞13，使活塞12与样品管断开防止液体倒吸保护剩余的氨基甲酸铵。将测压仪的NH3和CO2抽净，关闭活塞11，使活塞10放空后方可关泵。五、 实验记录和数据处理实验数据： 室温：297.55K 大气压：101.63KPat/1/T (K-1)真空度P(KPa)分解压P(KPa)KplnKp第一次第二次平均250.00335-87.02-86.96-86.9914.644.4310-4-7.722300.00330-82.06-81.98-82.0219.611.0610-3-6.845350.00325-75.02-74.99-75.0126.622.6610-3-5.929400.00319-65.30-65.23-65.2736.366.7810-3-4.993450.00314-51.78-51.70-51.7450.061.7710-2-4.034数据处理1. 以对1/T作图,得 所得直线的斜率B为-17397.65292，截距A为50.56818，即=-17397.65292，所以rHm0=144.6 kJ/mol查阅资料知25氨基甲酸铵分解的rHm0 =159.32kJ/mol。相对误差为|144.6kJ/mol -159.32kJ/mol |/159.32kJ/mol=9.2%2)计算25时的rGm0根据实验原理,在任一温度下平衡常数与反应的标准吉布斯自由能变化值间的关系式： rGm0 = -RTln Kp0已知25时T=298.15K ln Kp0=-7.722则有:rGm0 = -8.314 298.15(-7.722 )= 19.141kJ/mol同理可得：30时 rGm0 =17.252kJ/mol 35时 rGm0 =15.190kJ/mol 40时 rGm0 =12.999kJ/mol 45时 rGm0 =10.670kJ/mol3)计算rHm0根据式（3-6），25时 T=298.15KrHm0=1.446105J/mol rGm0=19141J/molrSm0=（rHm0-rGm0）/T= (1.446105 J/mol -19141J/mol)/298.15K =420.79J/mol*K同理可得：30时 rSm0=420.08J/mol*K35时 rSm0=419.96J/mol*K40时 rSm0=420.25J/mol*K45时 rSm0=420.96J/mol*K六、结果与讨论1.注意事项a为检查25时是否真正达到平衡,也为了检查小球内空气是否置换完全,要求第一次做好后，放入空气，再次抽气并调节至平衡,重复测定一次，两次测定允许误差在5%以内，若不一致还要抽气五分钟，直到两次结果一致为止。b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,这也是保证试验顺利进行的重要操作之一。c注意不能让液体石蜡进入样品管。d.体系必须达平衡后，才能读取数字压力计的压力差。e.恒温水槽温度控制在0.1f.玻璃等压计中额封闭液一定要选用粘度小，密度小，蒸气压低，并且与反应体系不发生作用额液体。2.误差分析1) 由于石蜡粘性大，在实验时左右液面移动时较缓慢，在还没有完全稳定时进行读数存在误差。2) 需要测定的只是的反应产生的气体的压力，即氨气和二氧化碳的总压，所以空气没有完全排除干净和空气穿过等压管汞柱进入平衡体系中，影响测定数据。