氨基甲酸銨分解反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)測定

物理化學(xué)實驗報告實驗名稱：氨基甲酸銨分解反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的測定學(xué)院：化學(xué)工程學(xué)院專業(yè)：化學(xué)工程與工藝班級：化工12-4班姓名：王佳琦學(xué)號:12402010411指導(dǎo)教師：付志強/趙力維日期：2014年03月15日實驗?zāi)康恼莆諟y定平衡常數(shù)的一種方法；用等壓法測定氨基甲酸氨的分解壓力并計算分解反應(yīng)的有關(guān)熱力學(xué)常數(shù)。實驗原理氨基甲酸銨（NH2COONH4）是白色固體，是合成尿素的中間產(chǎn)物，很不穩(wěn)定，NH2COONH4的分解反應(yīng)式為：NH2COONH4===2NH3＋CO2該反應(yīng)為復(fù)相反應(yīng)，該反應(yīng)正逆向都容易進行，在封閉體系中很容易達到平衡，其標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)可近似表示為：(1)式中，PNHeq\o(\s\up5(),\s\do2(3))、PCOeq\o(\s\up5(),\s\do2(2))分別表示反應(yīng)溫度下NH3和CO2平衡時的分壓；p為標(biāo)準(zhǔn)壓。體系總壓：p＝pNHeq\o(\s\up5(),\s\do2(3))＋pCO從化學(xué)反應(yīng)計量方程式可知：（2）將式(2)代入式(1)得：（3）因此可知，當(dāng)體系達平衡后，測定其總壓力p，即可計算出平衡常數(shù)Kp溫度對平衡常數(shù)的影響一般都很明顯，其定量關(guān)系為：(4)式中，T為熱力學(xué)溫度；ΔrHeq\o(\s\up5(?),\s\do2(m))為標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱效應(yīng)。氨基甲酸銨分解反應(yīng)是一個熱效應(yīng)很大的吸熱反應(yīng)，溫度對平衡常數(shù)的影響比較靈敏。當(dāng)溫度在不大的范圍內(nèi)變化時，ΔrHeq\o(\s\up5(?),\s\do2(m))可視為與溫度無關(guān)的常數(shù)，由(4)式積分得：(C為積分常數(shù))(5)若以lnKeq\o(\s\up5(?),\s\do2(p))對1/T作圖，應(yīng)為一直線，其斜率為-ΔrHeq\o(\s\up5(?),\s\do2(m))/R。由此可求出ΔrHeq\o(\s\up5(?),\s\do2(m))。在一個小的溫度區(qū)間內(nèi)，也可用此式計算出此溫度區(qū)間的平均ΔrHeq\o(\s\up5(?),\s\do2(m))。并按下式計算T溫度下反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變化ΔrGeq\o(\s\up5(?),\s\do2(m))，ΔrGeq\o(\s\up5(?),\s\do2(m))＝－RTlnKeq\o(\s\up5(?),\s\do2(p))(6)利用實驗溫度范圍內(nèi)的平均等壓熱效應(yīng)ΔrHeq\o(\s\up5(?),\s\do2(m))及等溫下的自由能變ΔrGeq\o(\s\up5(?),\s\do2(m))，可近似地計算出該溫度下的標(biāo)準(zhǔn)熵變ΔrSeq\o(\s\up5(?),\s\do2(m))(7)綜上所述：通過測定一定溫度范圍內(nèi)某溫度的氨基甲酸銨的分解壓(平衡總壓)，就可以利用上述公式分別求出Keq\o(\s\up5(?),\s\do2(p))，ΔrHeq\o(\s\up5(?),\s\do2(m))，ΔrGeq\o(\s\up5(?),\s\do2(m))(T)，ΔrSeq\o(\s\up5(?),\s\do2(m))(T)。三、實驗儀器、試劑儀器：循環(huán)水泵，低真空數(shù)字側(cè)壓儀，等壓計，恒溫槽一套，樣品管。藥品：氨基甲酸銨，液體石蠟。四、實驗步驟由特制的小漏斗將氨基甲酸銨粉末小心裝入干燥的球狀樣品管中，與已裝好液體石蠟的等壓計連好。開動循環(huán)水泵，旋轉(zhuǎn)活塞10與體系相通，旋轉(zhuǎn)活塞11與減壓瓶2相通，旋轉(zhuǎn)活塞12至三個方向都通，此時觀察到的測壓儀數(shù)字應(yīng)不斷減小，至低真空測壓儀示數(shù)為-90kPa以下時，關(guān)閉活塞11，檢查體系的氣密性。恒溫槽中加水至沒過樣品管和等壓計，調(diào)節(jié)恒溫槽水溫為25℃。旋轉(zhuǎn)活塞11，抽吸大約1min，把樣品管中的空氣抽走，然后關(guān)閉活塞11。慢慢旋轉(zhuǎn)活塞13，緩慢放入空氣進入體系，使U型等壓計液面水平。若3min內(nèi)保持液面水平不變，記下低真空測壓儀的讀數(shù)，即為氨基甲酸銨分解的平衡壓力。然后關(guān)閉活塞13，再重復(fù)一次，如果二次結(jié)果相差在0.2kPa之內(nèi)，則可改變溫度，繼續(xù)進行實驗；若二次結(jié)果偏差較大，說明第一次空氣沒抽凈，應(yīng)再重復(fù)一次。若平衡保持不住，可檢查是否有漏氣的地方。用同樣的方法測25℃、30℃、35℃、40℃、45℃的分解壓力。實驗完成后，關(guān)閉活塞13，使活塞12與樣品管斷開，以保護剩余的氨基甲酸銨。將測壓儀的NH3和CO2抽凈，關(guān)閉活塞11，使活塞10放空后方可關(guān)泵。五、數(shù)據(jù)記錄與處理室溫：21.2℃大氣壓（實驗前）：101.64kPa大氣壓（實驗后）：101.55kPa大氣壓（平均值）：101.60kPat/℃1/T*103真空度P分解壓PKplnKp253.35-95.206.400.000037-10.20303.30-86.3715.230.00049-7.62303.30-86.1515.450.00052-7.56353.25-74.1827.420.0029-5.84403.19-59.3842.220.011-4.51453.14-38.1063.500.036-3.33由圖可知該直線的斜率為（10.20-3.33）/（3.14-3.35）*10-3=-32.714×103（1）-ΔrHeq\o(\s\up5(?),\s\do2(m))/R=-32.714×103，ΔrHeq\o(\s\up5(?),\s\do2(m))=32.714×103×8.314=271.98kJ/mol（2）查閱資料知25℃氨基甲酸銨分解的ΔrHeq\o(\s\up5(?),\s\do2(m))=159.32kJ/mol，故相對誤差=|159.32-271.98|/159.32×100％=70.7％（3）25℃時：ΔrGeq\o(\s\up5(?),\s\do2(m))＝－RTlnKeq\o(\s\up5(?),\s\do2(p))=-8.314×298.15×(-10.20)=25.284kJ/mol（4）△rSm0=(△rHm0-△rGm0)/T=(271.98－25.284)/298.15=0.827KJ/mol·K六、注意事項1、體系必須達到平衡后，才能讀取數(shù)字壓力計的壓力差。

2、恒溫槽溫度控制到±0.1℃。

3、玻璃等壓計中的封閉液一定要選用粘度小，密度小，蒸汽壓低，并且與反應(yīng)體系不發(fā)生作用的液體。4、步驟1中不能讓液體石蠟進入樣品管。5、步驟4中不可使空氣進入過快，避免空氣進入樣品管。七、結(jié)果與討論1、一定要檢查系統(tǒng)是否漏氣，關(guān)閉真空泵，關(guān)閉閥門，觀察平衡常數(shù)測定儀的示數(shù)是否變化。2、判斷氨基甲酸銨分解達平衡的標(biāo)準(zhǔn)：U型等壓