氨基甲酸铵分解反应标准平衡常数的测定 孙彬芳

宁波工程学院物理化学实验报告专业班级化工095姓名孙彬芳序号09402010503同组姓名陈茜茜、黄云指导老师蒋仲庆罗利娟实验日期2011.3.16实验名称实验三氨基甲酸氨分解反应标准平衡常数的测定实验目的掌握一种测定系统平衡压力的方法—等压法；测定不同温度下氨基甲酸铵的分解压力；3、计算相应温度下该分解反应的标准平衡常数、标准摩尔反应焓变△rHθm、标准摩尔反应吉布斯函数变△rGθm及标准摩尔反应熵变△rSθm；4、掌握真空泵、恒温水浴、大气压计的使用。二、实验原理氨基甲酸铵是合成尿素的中间体，白色固体，很不稳定，加热时按下式分解：（9.1）根据化学势判据，分解达到平衡时，反应的标准平衡常数Kθ为：（9.2）式中：（9.3）分别为平衡系统中、和的平衡分压；为反应式中各气体物质计量系数之和，产物的为正，反应物的为负。因为一定温度下，固体物质的蒸气压具有定值，与固体的量无关，因此，平衡系统中氨基甲酸铵的分压是常数，与平衡常数合并，故在（9.2）式中不出现。因为温度不高时，固体物质氨基甲酸铵的分压<<<<系统的总压等于之和，即：（9.4）从化学反应计量式可知，1摩尔分解生成2摩尔和1摩尔，则:=；=；将上述关系代入（9.3）式，（9.5）将（9.5）式代入(9.2)式，得标准平衡常数为：（9.6）因此，化学反应达到平衡时，测量系统的总压强,由计算出，进而计算出标准平衡常数。由化学反应等压方程可知，标准平衡常数与温度的关系为：(9.7)T—绝对温度，K；，当温度在不太大的范围内变化时，可视为常数.对(9.7)式进行不定积分得：（9.8a）或(9.8b)式中C和C’为积分常数。用作图，得一直线如（图9.1）所示，直线斜率,由斜率可计算出：LnKθ图9.1lnKθ～1/T图K/T三、实验仪器、试剂仪器：实验装置一套（如图9.2所示）；氨基甲酸铵（自制）:U型压差计；.玻璃钢水浴；加热器；搅拌器；等压计；温度计；感温元件；缓冲瓶；三通旋塞；毛细管；温度指示控制仪。图9.2氨基甲酸铵分解平衡常数测定实验装置图试剂：氨基甲酸铵、液体石蜡四、实验步骤1.检漏按图所示安装仪器。将烘干的小球和玻璃等压计相连，开动真空泵，当测压仪读数约为-94kPa～-95kPa，关闭三通活塞。检查系统是否漏气，待10min后，若测压仪读数没有变化，则表示系统不漏气，否则说明漏气，应仔细检查各接口处，直到不漏气为止。2.装样品确定系统不漏气后，取下干燥的球状样品管装入氨基甲酸铵粉末，与已装好液体石蜡的等压计连好，再按图示装好。3.测量调节恒温槽温度为25℃。开启真空泵，将系统中的空气排出，约1min后，关闭二通活塞，然后缓缓开启三通活塞，将空气慢慢分次放入系统，直至等压计两边液面处于水平时，立即关闭三通活塞，若5min内两液面保持不变，即记下低真空测压仪的读数，即是氨基甲酸胺分解的平衡压力。4.重复测量重复步骤3操作，如果两次测定结果差值小于0.2kPa，可进行下一步实验。5.升温测量调节恒温槽温度，用同样的方法继续测定30℃、35℃、40℃、45℃时的分解压力。6.复原实验完毕，将空气放入系统中至测压仪读数为零，切断电源、水源。五、数据记录与处理室温：17.3℃大气压：102.02KPat∕℃1∕T真空度△P分解压pKp°lnKp°25.023.353×10-3－92.619.411.163×10-4－9.06030.023.299×10-3－86.9715.054.756×10-4－7.65135.003.245×10-3－80.0222.001.486×10-3－6.51239.993.193×10-3－70.6631.364.303×10-3－5.44845.013.143×10-3－57.8344.190.01204－4.420斜率K=-21765∵∴/R=21765K∴=21765*8.314=180.95*103KJ/mol查阅资料知25℃氨基甲酸铵分解的ΔrHeq\o(\s\up5(Ө),\s\do2(m))=159.32kJ/mol，实验结果偏大故相对误差=|159.32-180.95|/159.32=0.1358=13.58%当T=298.17K时△G=-RTlnK=-2.25*104J/mol△S=（△H-△S）/T=(1.81*105-2.25*104)/298.17=531.60J/mol结果与讨论1.误差分析:实验所测得的△Hm比理论值大，误差产生的主要原因有：开始时系统中空气未完全被抽净；通入空气过量，使读数时液柱未相平，外侧液柱高于内侧液柱；测压仪读数不稳定造成读数误差。实验讨论：1、如何检查系统是否漏气？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