實(shí)驗(yàn)7氣相反應(yīng)平衡常數(shù)的測(cè)定

1、實(shí)驗(yàn)7氣相反應(yīng)平衡常數(shù)的測(cè)定、目的要求1直接測(cè)定法測(cè)量不同溫度下二氧化碳與灼熱碳反應(yīng)的平衡常數(shù)。2了解高溫的測(cè)量和控制及氣體的取樣分析。二、原理氧化碳與灼熱碳的反應(yīng)：C(s)+co2(g)高溫2CO(g)AH=157.78kJmol-irm假定反應(yīng)氣相混合物為理想氣體，對(duì)于復(fù)相化學(xué)平衡，其平衡常數(shù)用各組分氣體分壓表示：(7-1)(7-2)(p/po)2CO(p/po)CO2芳(p/po)2K=co-p(p.x/po)CO2在實(shí)驗(yàn)條件下反應(yīng)總壓近似保持在101325Pa,x2n2n2故Ko=c=co=copxn(n+n)(n-n)-nco2co2coco2總co2總由理想氣體狀態(tài)方程得(V/RT

2、)2TOC o 1-5 h zKo=cop(V/RT-V/RT)(V/RT)總co總=V2/V(V-V)(7-3)co總總co式中Vco為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)壓力下一氧化碳的體積,V總為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)壓力下一氧化碳和二氧化碳平衡混合氣的總體積。本實(shí)驗(yàn)中對(duì)反應(yīng)達(dá)平衡后的混合氣體“凍結(jié)”后進(jìn)行取樣分析,可測(cè)出V總和VCO。二氧化碳與碳高溫下的等壓反應(yīng)熱效應(yīng)為+157.78kJmol-1,是吸熱反應(yīng)。溫度升高，反應(yīng)向生成co方向進(jìn)行,平衡常數(shù)增大。而且該反應(yīng)有體積變化,壓力增加,反應(yīng)向氣體體積縮小的方向即生成CO2方向進(jìn)行。當(dāng)壓力恒定時(shí)，影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素只有溫度。故可在不同的溫度下對(duì)反應(yīng)平衡常數(shù)進(jìn)行測(cè)量,從而考察溫

3、度對(duì)平衡常數(shù)的影響。該反應(yīng)除考慮熱力學(xué)平衡外，還要考慮動(dòng)力學(xué)因素。該反應(yīng)是非均相反應(yīng)，CO2還原成CO的速度在低于600C時(shí)很慢，溫度高于1100C速度才顯著加快。因此，在較低溫度下，反應(yīng)要達(dá)到平衡需要很長(zhǎng)時(shí)間。三、儀器和試劑反應(yīng)裝置一套（UJ-36型便攜式電位差計(jì)一臺(tái)；XCT-101動(dòng)圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀一臺(tái)；鎳鉻-鎳鉻鎧裝熱電偶兩對(duì)）；CO2鋼瓶一個(gè)；碳粒；40%NaOH溶液；液體石蠟；飽和食鹽水。四、實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)裝置如圖7-1連接好，檢查體系密封性。由二氧化碳鋼瓶出來(lái)的氣體經(jīng)干燥后進(jìn)入反應(yīng)管，在一定的溫度下進(jìn)行反應(yīng)。將反應(yīng)后的平衡混合氣體，用量氣管取樣，通過(guò)盛有氫氧化鈉溶液的吸收瓶對(duì)二氧化

4、碳?xì)怏w進(jìn)行吸收，記下吸收前后量氣管內(nèi)的體積，就可對(duì)平衡混合氣體組分進(jìn)行分析。具體操作如下：1用二氧化碳?xì)怏w流趕走體系中的空氣將三通活塞1、2、3均與大氣相通，以每分鐘約0.5升的CO2氣流沖洗體系23min,與此同時(shí)，提高下口瓶II，使下口瓶I充滿液體石蠟，然后將瓶II掛起。沖洗完后，關(guān)閉鋼瓶，旋轉(zhuǎn)活塞3使其不與大氣和量氣管相通。2充人反應(yīng)原料氣體旋轉(zhuǎn)活塞1,使其與反應(yīng)管不通，將下口瓶II取下放桌上，開(kāi)啟鋼瓶讓以CO2氣體充滿下口瓶1,然后關(guān)閉鋼瓶，旋轉(zhuǎn)活塞1,使下口瓶I處于三不通。3排除貯氣袋中的氣體旋轉(zhuǎn)活塞2，使貯氣袋與反應(yīng)管不通而與大氣相通（旋轉(zhuǎn)活塞3）。如果貯氣袋中有較多氣體，先用手輕

5、壓氣袋，讓大部分氣體緩慢排出。打開(kāi)活塞4使量氣管與大氣相通（與氣體吸收瓶不通），提高下口瓶III讓液體充滿量氣管，旋轉(zhuǎn)活塞3使貯氣袋與量氣管通而與大氣不通，下降下口瓶III，貯氣袋內(nèi)的余氣可用此法抽盡。按此法重復(fù)幾次直至量氣管內(nèi)的液面保持在活塞4上面一定高度處，說(shuō)明貯氣袋氣體接近抽盡。旋轉(zhuǎn)活塞4使三不通；旋轉(zhuǎn)活塞1使下口瓶I只與反應(yīng)管通；旋轉(zhuǎn)活塞2使貯氣袋只與反應(yīng)管通。4通電加熱進(jìn)行反應(yīng)接好電位差計(jì)的測(cè)量線路，通電加熱，調(diào)整動(dòng)圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀的控溫指針到所需溫度（約600C），當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，控溫儀會(huì)對(duì)爐溫進(jìn)行自動(dòng)控制。電爐jl2IICO冷阱i流楚計(jì)浚全瓶圖7-1氣相反應(yīng)平衡常數(shù)測(cè)定裝

6、置液休石蠟電位差計(jì)控溫儀干燥塔5倒氣法使氣體充分反應(yīng)達(dá)到平衡用電位差計(jì)測(cè)量爐溫達(dá)到預(yù)定溫度并穩(wěn)定時(shí)，先提升下口瓶II,讓液體石蠟填充瓶II,然后降低下口瓶II，讓貯氣袋中的氣體倒向瓶I中，用倒氣法來(lái)回倒氣5次（每倒一次氣最好靜置23min）,使體系內(nèi)的CO2氣體能與灼熱碳充分反應(yīng)達(dá)平衡。（注意：每個(gè)溫度下，倒氣5次的總時(shí)間應(yīng)相同，約為30分鐘）。6取混合氣進(jìn)行組分分析取氣前需將活塞2與4之間及量氣管的氣體排除。為此，打開(kāi)活塞3和“1使與大氣相通。提高下口瓶III，讓飽和食鹽水充滿整個(gè)量氣管及活塞3下方的空間，關(guān)閉活塞4使三不通，再轉(zhuǎn)動(dòng)活塞3使與大氣不通。打開(kāi)活塞4,再轉(zhuǎn)動(dòng)活塞2讓量氣管液面下降

7、1015ml之間（相當(dāng)活塞2與3之間的空間體積），關(guān)閉活塞2。提升下口瓶III并轉(zhuǎn)動(dòng)活塞3使量氣管與大氣相通，此時(shí)管內(nèi)液面上升，讓其充滿量氣管整個(gè)內(nèi)空間后，關(guān)閉活塞3使與大氣不通，再打開(kāi)活塞2，用量氣管從貯氣袋或反應(yīng)體系取氣約45m1，關(guān)閉活塞4和2使三不通。提升下口瓶III，使瓶?jī)?nèi)的液面與量氣管內(nèi)的液面在同一水平，讀取101325Pa下混合氣體的總體積。進(jìn)行氣體吸收測(cè)量CO體積打開(kāi)活塞5,準(zhǔn)確記下吸收瓶中NaOH液面的高度。轉(zhuǎn)動(dòng)活塞4使量氣管與氣體吸收瓶相通，不斷提升、下降下口瓶皿，使混合氣體中的CO2反復(fù)被NaOH溶液吸收，直至下口瓶III放于桌面，量氣管內(nèi)液面保持在某一刻度不變（前后兩次

8、測(cè)量誤差為0.2ml左右）時(shí)為止。提升下口瓶皿，使氣體吸收瓶?jī)?nèi)液面回復(fù)到原來(lái)的高度，然后關(guān)閉活塞5和活塞4（三不通），再使下口瓶III內(nèi)液面與量氣管內(nèi)的液面在同一水平，讀取量氣管內(nèi)101325Pa下CO的體積Vco。記下?tīng)t溫（UJ-36電位差計(jì)穩(wěn)定讀數(shù)）。將控溫儀的指針調(diào)節(jié)到700C，當(dāng)爐溫穩(wěn)定時(shí)，按上述步驟57再進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)。9實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，切斷電源，檢查鋼瓶是否關(guān)閉，待爐溫下降后，再使體系與大氣相通。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1開(kāi)啟鋼瓶前，先檢查好氣路，此外，氣流不能開(kāi)得過(guò)大，以免管道沖脫及石蠟油從下口瓶II溢出。通電加熱前，量氣管必須與下口瓶I及貯氣袋連通，以免氣體膨脹將反應(yīng)管兩端塞子沖開(kāi)。3實(shí)驗(yàn)裝置為玻璃儀器連接，旋轉(zhuǎn)活塞時(shí)要用左手固定活塞外部，用右手輕旋，切忌遠(yuǎn)距離單手操作和用力過(guò)猛。六、數(shù)據(jù)處理1計(jì)算相應(yīng)溫度下CO2和CO的體積百分?jǐn)?shù)。2計(jì)算相應(yīng)溫度下的平衡常數(shù)。七、思考題進(jìn)行下一個(gè)溫度反應(yīng)，是否需要再充CO2原料氣并將體系的氣體趕出去？為什么？為什么CO2氣體進(jìn)入反應(yīng)體系前要預(yù)先進(jìn)行干燥？反應(yīng)體系為什么要恒定在101325Pa的壓力下