实验五碳酸钙热分解

实验五

碳酸钙的热分解

一、实验目的

1.通过测定CaCO3的分解压计算CaCO3在101.325kPa压力的分解温度及其分解温度下的热力学函数改变量。

2．了解有气相产生的多相平衡体系的研究方法。

3．掌握中温控制与测量技术及低真空系统的操作技术。实验五

碳酸钙的热分解

二、实验原理碳酸钙热分解是一个典型的多相平衡反应，其热分解反应方程式为：

如果此反应在一密闭容器中进行，即不将分解产物CaO(s)和CO2(g)移走，则达平衡时，平衡常数（1）

实验五

碳酸钙的热分解

式中：为CO2的平衡分压，在一定温度下，纯固体和纯液体的活度均为1。因此，上式可化为：

（2）（2）式表示，二氧化碳的平衡分压只是温度的函数，而与CaCO3和CaO的数量无关（这亦可从相律分析中得到证明）。由于固体CaCO3和CaO的饱和蒸汽压很小，所以当体系中没有其他气体时，CO2的平衡分压与体系的总压几乎相等，这时，称CO2的平衡分压为碳酸钙的分解压，而对应于分解压为101.325kPa的温度称为分解温度实验五

碳酸钙的热分解

温度对平衡常数的影响，从范哈甫（Van’tHoff）方程式可知：

（3）在一定的温度范围内，可近似视为常数，对（3）式积分可得：

（4）其中C为积分常数。实验五

碳酸钙的热分解

以结合，可证明把及代入（4）可整理得到：

（5）温度（t℃）500600700800897100011001200PCO2（torr）0.072.4222.1166/29418740/PCO2（Pa）9.73245.22938222921013253921301.1652e+62.908e+6碳酸钙在不同温度下的分解压（101325Pa/760=1torr）实验五

碳酸钙的热分解

三实验步骤装样：瓷舟中装入粉末状CaCO32.5g左右，推入石英管恒温区，塞紧石英管口

注意：瓷舟中CaCO3粉末要轻轻压实（以保证有足量CaCO3），但也不能太紧（平衡时间太长）；热电偶的热端和瓷舟均应放在石英管中部的恒温区（确保样品受热均匀，温度准确）抽真空：接通真空泵电源，打开三通真空活塞开始抽真空，至压力读数不再变化为止(约-100~-99kPa)，关闭活塞，采零，捡漏，升温至500C

注意：系统的捡漏，关闭活塞后，若5min内压力表数据基本稳定（变化小于1kPa），可认为不漏气，若漏气，须检查原因，并处理好方可进行实验；升至490C按下Hold键，待实际温度到490C后再按下Run键实验五

碳酸钙的热分解

三实验步骤抽净残余气体：当温度上升至500C

恒温5min之后，须再次打开真空活塞，抽气5min，直到数据稳定，（除去CaCO3中所含的水分及其他挥发物质）关上活塞，500C重新抽气后必须再次按“采零”键，以保证所测压力值最佳，在随后的测量中不可再按下“采零”键测量不同温度下CaCO3的分解压：设定两个相邻测定温度的升温时间为10min，恒温时间也为10min，最后一个测定温度的恒温时间应大于20min。在恒温时，待压力表读数稳定（2min内，读数变动的相对误差为<800C3~4%,>800C2%），取其平均值为该温度下CaCO3的分解压。测定700C,760C，800C，830C，870C时CaCO3的分解压实验结束后，关闭仪器，停止加热并将系统通大气

500C700C760C800C830C870C6min（第一次读取）；8min（第二次读取，Hold键）数据读取（恒温时间10min）两次的相对误差<3~4%(低温)，<2%(高温)实验五

碳酸钙的热分解由于CaCO3用量较少，实测的实验终温(870C)<T分在870C时一定要停留足够时间(Pco2>65kPa)在低温区，Pco2较低，误差较大，不需测太多数据，也不要停留太长时间（减少系统漏气的影响）升温25minHold抽空升温15min测量测量测量测量测量最后读取10min时的温度和压力的数据实验五

碳酸钙的热分解瓷舟中CaCO3粉末要轻轻压实（以保证有足量CaCO3），但也不能太紧（平衡时间太长）热电偶的热端和瓷舟均应放在石英管中部的恒温区（保证样品受热均匀，温度准确）注意系统的捡漏，抽真空时，关闭活塞后，若5min内压力表数据基本稳定（变化小于1kPa），可认为不漏气，若漏气，须检查原因，并处理好方可进行实验由于CaCO3中所含的水分及其他挥发物质蒸发结果，500C时应重新抽气一次采用数字压力计读数时，500C重新抽气后必须按“采零”键，以保证所测压力值最佳，在随后的测量中不可再按下“采零”键每次调温时都要选择合适的升温速率，速率太快，可能