氨基甲酸铵分解反应标准平衡常数的测定-

宁波工程学院物理化学实验报告专业班级姓名序号同组姓名指导老师实验日期2012.03.15实验名称实验三氨基甲酸铵分解反应标准平衡常数的测定实验目的掌握测定平衡常数的一种方法。、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。实验原理氨基甲酸铵的分解可表示为：平衡常数Kp=P2NH3×PCO2（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，PNH3和PCO2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。但当温度变化区间较小时，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。如下图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。图3-1等压法测氨基甲酸铵分解压装置图缓冲瓶；2、减压瓶；3、测压仪；4、等压计；5、样品管；6、加热器；7、搅拌器；8、水银接触温度计；9、1/10刻度温度计；10、11、12、活塞仪器、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。实验步骤读出大气压和室温。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。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。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。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。实验数据记录和处理实验数据记录表格室温：290.05K大气压：101.42KPat/℃1/T(K-1)真空度ΔP(KPa)分解压P(KPa)KpοlnKP0250.00335-89.04-89.57-89.9111.912.41×10-4-8.331-89.51300.00330-84.8916.576.48×10-4-7.342350.00325-77.9923.431.83×10-3-6.303400.00319-68.5432.885.06×10-3-5.286450.00314-55.8045.621.35×10-2-4.305软件处理数据图（1）根据数据处理可得：直线的斜率B=-19052.56046；截距A=55.53121；即可得=-19052.56046；所以△rHm0=19052.56046×8.314=158.4kJ/mol查得25℃氨基甲酸铵分解的△rHm0=159.32kJ/mol。相对误差=（158.4-159.32）/159.32=-5.8%（2）计算△rGm0根据△rGm0=-RTlnKp0计算△rGm0当t=25℃时，T=298.15K；lnKp0=-8.331；则有:△rGm0=-8.314×298.15×(-8.331)=20.651kJ/mol同理可有：30℃时△rGm0=18.505kJ/mol 35℃时△rGm0=16.148kJ/mol 40℃时△rGm0=13.778kJ/mol 45℃时△rGm0=11.387kJ/mol(3)计算△rSm0根据计算△rSm0当t=25℃时，T=298.15K；△rHm0=158.4kJ/mol；△rGm0=20.651kJ/mol△rSm0=（△rHm0-△rGm0）/T=(158.4-20.651)×103/298.15J/mol*K=462.01J/mol*K同理可有：30℃时△rSm0=461.47J/mol*K35℃时△rSm0=461.63J/mol*K40℃时△rSm0=461.83J/mol*K45℃时△rSm0=462.09J/mol*K结果与讨论1、实验结果T/℃△rHm0kJ/mol△rGm0kJ/mol△rSm0J/mol*K25158.420.651462.013018.505461.473516.148461.634013.778461.834511.387462.092、误差分析由于石蜡粘性大，在实验时左右液面移动时较缓慢，在还没有完全稳定时就进行读数，存在误差。空气没有完全排除干净；装置气密性不好，空气穿过等压管汞柱进入平衡体系中，影响测定数据。由于球形U型管本身倾斜，在测量过程中对U型测压计两端的液面的水平判断存在视差,从而产生误差。在计算过程中的数据处理及小数点后位数的取舍产生误差。七、注意事项注意不能让液