化学反应的平衡常数及热力学函数变测定[基础教学]

1、一、实验目的1、用静态法测定氨基甲酸铵在不同温度下分解反应系统的平衡总压力；2、求氨基甲酸铵分解反应的热力学函数变；3、了解等压计的构造及压力的测量。二、实验原理对于化学反应 aA +bB = yY +zZ ，其标准平衡常数随温度的变化规律符合范特荷夫（vant Hoff）方程：yyy （3-11）当温度变化范围不大时，rHm（T）可视为常量，积分式（3-11）得：yy （3-12）yyyyB为积分常量。由式（3-12）可以看出，以 lnK（T）对1/T作图应为直线，斜率为，由此可求出反应的标准摩尔焓变rHm（T）。y yy由标准平衡常数的定义得：yyy rGm（T）= -RTlnK （T）

2、（3-13）yy由 rGm（T）=rHm（T） TrSm（T）y 得 rSm（T）= （3-14）氨基甲酸铵的分解反应为： NH2CO2NH4（s） 2NH3（g）+CO2（g） （3-15）当反应系统建立平衡时，标准平衡常数为：yyy （3-16）式中p（NH3）和p（CO2）分别为NH3（g）和CO2（g）的平衡压力，py =100kPa。设分解反应系统的总压力为P总，由氨基甲酸铵的分解反应式（3-15）知： p（NH3）= p总 ， p（CO2）= p总代入式（3-16）得：yyyy （3-17）实验时，将固体氨基甲酸铵放入一个抽成一定真空的容器里，在一定的温度下使其发生分解并达平衡，测

3、出系统总压力p总，就可以按式（3-17）计算氨基甲酸铵分解反应的标准平衡常数Ky ，从而计算其它热力学函数变。文献值：25时Hm159.32kJ/mol，三、实验仪器及药品真空装置一套；等压计；恒温槽；调压器一台；放大镜一只；数字式大气压力计； 氨基甲酸铵；硅油或石蜡油。图3-13 静态法测定氨基甲酸铵分解压装置简图1 数字式低真空压差仪；2 等压计；3 氨基甲酸铵瓶；4 油封；5 恒温槽；6 稳压管7 搅拌器；8温度计；9调节温度计；10 加热器；11 真空泵；12 真空泵电机；13 电机开关；14 加热用调压器；a 三通活塞；b 抽气阀；c 压力调节阀b三通活塞a的A、B位置A B四、实验

4、步骤1将氨基甲酸铵放入瓶3中并按图3-13连接好等压计2，开启恒温槽使槽温恒定在30；2将三通活塞a置于位置A、打开抽气阀b、关闭压力调节阀c，开动真空泵抽真空，使压差仪的压差在500kPa，观察等压计内通过油封有气泡冒出，持续抽空15min以上；3关闭抽气阀b，将三通活塞a置于B位，停止抽气，切断真空泵电源。此时氨基甲酸铵将在298K温度下分解。4微微开启压力调节阀c，将空气放入系统中，直至等压计U-型管的两臂油封液面保持在同一水平且在10min内不变。读取压差仪的压差、大气压力计压力及恒温槽温度，计算分解压。5检查氨基甲酸铵瓶内的空气是否排净：关闭二通阀b和c，三通活塞a置于A位，抽空2m

5、in，然后开启抽气阀b继续排气5min，关闭阀b，停泵。重新测量298K下氨基甲酸铵的分解压并与4中测的相比较，若两次测量结果相差小于260270Pa，可以进行下一温度下分解压的测量。6依次将恒温槽温度升至32、34、36、38、40、42和44，测量每一温度下的分解压。在升温过程中应该注意通过压力调节阀c十分缓慢的向系统中放入适量空气，保持等压计的两臂油封液面水平，既不要使氨基甲酸铵瓶3里的气体通过油封冒出，更不要让放入的空气通过油封进入氨基甲酸铵瓶。7结束实验：关闭恒温槽搅拌电机及继电器的电源；缓慢地从压力调节阀c向系统中放入空气，使空气以不连续鼓泡的速度通过等压计的油封进入氨基甲酸铵瓶中

6、。五、实验数据记录与处理 始 温度：36.2 大气压：100.74 KPa 末 温度：36.4 大气压：100.72 Kpa t/分解压P/Kpa真空度DP/KpaKpyln Kpy1/T30 8.88-91.920.0000998 -9.2124 0.003303211.87-88.930.0002384 -8.3418 0.003283415.44-85.360.0005246 -7.5529 0.003263619.64-81.160.0010797 -6.8311 0.003243823.86-76.940.0019359 -6.2472 0.003224028.17-72.630.0

7、031859 -5.7490 0.00319六、实验注意事项1、在实验开始前，务必掌握图中二个活塞(5和6)的正确操作。2、 必须充分排除净小球3内的空气。3、 体系必须达平衡后，才能读取测压仪读数。七、实验思考题1怎样检查系统是否漏气？ 答：关闭真空泵，关闭阀门，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，若变化过快，则需要检查装置重新抽气。2、为什么要抽干净氨基甲酸铵小瓶中的空气？抽不干净对测量数据有什么影响？ 答：因为我们在实验过程中主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，所以空气排除得越干净，得到的数据结果就越准确。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。3、怎样判断氨基甲酸铵分解反应是否已达到平衡？ 答：U型等压计两臂的液面无论是否等高，在1min内，液面不再变化即可认为反应体系已达平衡。4、等压计中的油封液体为什么要用高沸点、低蒸气压的硅油或石蜡油？将硅油或石蜡油改为乙醇等低沸点的液体可以么？不用油封可以么？除了硅油、石蜡油之外你认为还可以使用什么液体作为等压计的油封液体？ 答：因为高沸点防止油封液体挥发，而造成等压计液位的不稳定，低蒸汽压防止对被测液体的蒸汽压产生过高干扰。将硅油或石蜡油改为乙醇等低沸点的