氨基甲酸銨分解反應標準平衡常數(shù)的測定孫彬芳3000字

氨基甲酸銨分解反應標準平衡常數(shù)的測定孫彬芳3000字

寧波工程學院物理化學實驗報告專業(yè)班級化工095姓名孫彬芳序號09402010503同組姓名陳茜茜、黃云指導老師蔣仲慶羅利娟實驗日期2011.3.16實驗名稱實驗三氨基甲酸氨分解反應標準平衡常數(shù)的測定一、實驗目的1、掌握一種測定系統(tǒng)平衡壓力的方法—等壓法；2、測定不同溫度下氨基甲酸銨的分解壓力；3、計算相應溫度下該分解反應的標準平衡常數(shù)、標準摩爾反應焓變△rHm、標準摩爾反應吉布斯函數(shù)變△rGm及標準摩爾反應熵變△rSm；4、掌握真空泵、恒溫水浴、大氣壓計的使用。二、實驗原理氨基甲酸銨是合成尿素的中間體，白色固體，很不穩(wěn)定，加熱時按下式分解：θθθNH3COONH4?s??2NH3?g??CO2?g?（9.1）根據(jù)化學勢判據(jù)，分解達到平衡時，反應的標準平衡常數(shù)Kθ為：?pNH3?g???K????p??22?pCO.??2?p????pNH3?G?.pCO2p??KPp2??????B?????B（9.2）式中：KP?pNH3?G?.pCO2（9.3）pNH3?g?,pCO2?g?分別為平衡系統(tǒng)中NH3?g?、和CO2?g?的平衡分壓；??B為反應式中各氣體物質(zhì)計量系數(shù)之和，產(chǎn)物的?B為正，反應物的?B為負。因為一定溫度下，固體物質(zhì)的蒸氣壓具有定值，與固體的量無關(guān)，因此，平衡系統(tǒng)中氨基甲酸銨的分壓pNH2COONH4?s?是常數(shù)，與平衡常數(shù)合并，故在（9.2）式中不出現(xiàn)。因為溫度不高時，固體物質(zhì)氨基甲酸銨的分壓pNH2COONH4?s?<<pNH3?g?,pNH2COON4H?s?<<pCO2?g?,系統(tǒng)的總壓等于pNH3?g?,pCO2?g?之和，即：P總?pNH3?g??pCO2?g?（9.4）從化學反應計量式可知，1摩爾NH2COONH4?s?分解生成2摩爾NH3?g?和1摩爾CO2?g?，則:pNH3?g?,=將上述關(guān)系代入（9.3）式，12p總；pCO2?g?=p總；332?2??1?43KP??p總?.?p總??p總（9.5）?3??3?27將（9.5）式代入(9.2)式，得標準平衡常數(shù)為：?K?43P總p?27???3（9.6）因此，化學反應達到平衡時，測量系統(tǒng)的總壓強p總,由p總計算出KP，進而計算出標準平衡常數(shù)K。由化學反應等壓方程可知，標準平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系為：???lnK????T?T—絕對溫度，K；???rHm???RT2(9.7)?P?1??rHm，當溫度在不太大的范圍內(nèi)變化時，?rHm可??標準摩爾反應,J焓.mo?l視為常數(shù).對(9.7)式進行不定積分得：??rHm1??C'（9.8a）lnK??RT???rHm1??C(9.8b)或lgK??2.303RT?式中C和C’為積分常數(shù)。???rHm1用lnK對作圖，得一直線如（圖9.1）所示，直線斜率m??,由斜率可計算出：TR??rHm??mR??rGm??RTlnK????rHm??rGm?rSm?T?LnKθ圖9.1lnKθ～1/T圖K/T三、實驗儀器、試劑儀器：實驗裝置一套（如圖9.2所示）；氨基甲酸銨（自制）:U型壓差計；.玻璃鋼水?。患訜崞?；攪拌器；等壓計；溫度計；感溫元件；緩沖瓶；三通旋塞；毛細管；溫度指示控制儀。圖9.2氨基甲酸銨分解平衡常數(shù)測定實驗裝置圖試劑：氨基甲酸銨、液體石蠟四、實驗步驟1.檢漏按圖所示安裝儀器。將烘干的小球和玻璃等壓計相連，開動真空泵，當測壓儀讀數(shù)約為-94kPa～-95kPa，關(guān)閉三通活塞。檢查系統(tǒng)是否漏氣，待10min后，若測壓儀讀數(shù)沒有變化，則表示系統(tǒng)不漏氣，否則說明漏氣，應仔細檢查各接口處，直到不漏氣為止。2.裝樣品確定系統(tǒng)不漏氣后，取下干燥的球狀樣品管裝入氨基甲酸銨粉末，與已裝好液體石蠟的等壓計連好，再按圖示裝好。3.測量調(diào)節(jié)恒溫槽溫度為25℃。開啟真空泵，將系統(tǒng)中的空氣排出，約1min后，關(guān)閉二通活塞，然后緩緩開啟三通活塞，將空氣慢慢分次放入系統(tǒng)，直至等壓計兩邊液面處于水平時，立即關(guān)閉三通活塞，若5min內(nèi)兩液面保持不變，即記下低真空測壓儀的讀數(shù)，即是氨基甲酸胺分解的平衡壓力。4.重復測量重復步驟3操作，如果兩次測定結(jié)果差值小于0.2kPa，可進行下一步實驗。5.升溫測量調(diào)節(jié)恒溫槽溫度，用同樣的方法繼續(xù)測定30℃、35℃、40℃、45℃時的分解壓力。6.復原實驗完畢，將空氣放入系統(tǒng)中至測壓儀讀數(shù)為零，切斷電源、水源。五、數(shù)據(jù)記錄與處理斜率K=-21765∵??Hrm∴/R=21765K?∴?rHm=21765*8.314=180.95*103KJ/mol查閱資料知25℃氨基甲酸銨分解的ΔrH?m=159.32kJ/mol，實驗結(jié)果偏大故相對誤差=|159.32-180.95|/159.32=0.1358=13.58%當T=298.17K時△G=-RTlnK=-2.25*104J/mol△S=（△H-△S）/T=(1.81*105-2.25*104)/298.17=531.60J/mol六、結(jié)果與討論1.誤差分析:實驗所測得的△Hm比理論值大，誤差產(chǎn)生的主要原因有：開始時系統(tǒng)中空氣未完全被抽凈；通入空氣過量，使讀數(shù)時液柱未相平，外側(cè)液柱高于內(nèi)側(cè)液柱；測壓儀讀數(shù)不穩(wěn)定造成讀數(shù)誤差。實驗討論：1、如何檢查系統(tǒng)是否漏氣？答：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，若變化則說明系統(tǒng)漏氣，若變化過快，則需要檢查裝置重新抽氣。2、為什么要抽凈小球泡中的空氣？若系統(tǒng)中有少量空氣，對實驗結(jié)果有何影響？答：需要測定的只是的反應產(chǎn)生的氣體的壓力，即氨氣和二氧化碳的總壓，所以空氣排除得越干凈，得到的數(shù)據(jù)結(jié)果就越準確。如果系統(tǒng)中有少量空氣，得到的蒸氣壓數(shù)據(jù)就會偏大，平衡常數(shù)就會偏大。3、如何判斷氨基甲酸銨分解已達平衡？答：U型等壓計兩臂的液面無論是否等高，在1min內(nèi)，液面不再變化即可認為反應體系已達平衡。4、根據(jù)哪些原則選用等壓計中的密封液？答：應選用蒸氣壓很小，密度小，粘度小且不與系統(tǒng)中物質(zhì)發(fā)生化學作用的液體。

第二篇：物化-氨基甲酸銨分解反應標準平衡常數(shù)的測定2100字寧波工程學院物理化學實驗報告專業(yè)班級姓名序號實驗日期同組姓名指導老師實驗名稱氨基甲酸銨分解反應標準平衡常數(shù)的測定一、實驗目的1、掌握測定平衡常數(shù)的一種方法；2、用等壓法測定氨基甲酸銨的分解壓力并計算分解反應的有關(guān)熱力學常數(shù)。二、實驗原理氨基甲酸銨是白色固體，是合成尿素的中間產(chǎn)物，它很不穩(wěn)定，易分解成NH3和CO2。其分解反應式為：NH2COONH4(s)在常壓下其平衡常數(shù)可近似表示為：?Kp22NH3(g)＋CO2(g)?p3??pCO2???NH??????p??p?未達到平衡時體系的總壓力為p,固體NH2COONH4產(chǎn)生的分壓很小，可以忽略不計其中，又體系中的NH3和CO2全部是由氨基甲酸銨分解長生的，所以：p＝pNH3＋pCO2由反應方程式可知pNH3?所以：21p，pCO2?p332?2p??Kp???3p?????的影響一般都很顯著的，其定量關(guān)系為：?p?4?p???3p????27??p???????3因此可知當體系達平衡后，測量其總壓p，即可計算出平衡常數(shù)Kθp溫度對平衡常數(shù)??rHmlnK???C'(C′為積分常數(shù))(1)RT?pHθm/R。由此可求出ΔrHθm。θ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ΔrHm。若以lnKp對1/T作圖，應為一直線，其斜率為-Δrθ因為任一溫度下的平衡常數(shù)與反應的標準自由能變化值間有如下關(guān)系：ΔrGθm=﹣RTlnKp(2)rθGθm。θ利用實驗溫度范圍內(nèi)反應的平均等壓熱效應ΔrHm和T溫度下的標準吉布斯自由能變化ΔrGθm，可近似計算出該溫度下的熵變ΔrSθm。可用平衡常數(shù)求出該反應的溫度下的Δ?rS?m???rHm??rGm(3)?T三、實驗儀器、試劑儀器：循環(huán)水泵，低真空數(shù)字測壓儀，等壓計，恒溫槽一套，樣品管；試劑：氨基甲酸銨，液體石蠟。四、實驗步驟1、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，與已裝好的液體石蠟的等壓計連好。注意不能讓液體石蠟進入樣品管；2、開動循環(huán)水泵，旋轉(zhuǎn)活塞10與體系相通，旋轉(zhuǎn)活塞10和減壓瓶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，檢查體系氣密性；3、恒溫槽中加水至沒過樣品管和等壓計，調(diào)節(jié)恒溫槽水溫至25℃；4、旋轉(zhuǎn)活塞11，抽吸大約1分鐘，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1分鐘內(nèi)保持液面水平，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；5、用同樣的方法測25℃，30℃，35℃，40℃，45℃的分解壓力；6、整理實驗數(shù)據(jù)，收拾實驗儀器和藥品。五、數(shù)據(jù)記錄與處理從圖中測量所得的斜率為-1.749×104；ΔrHθm=﹣(﹣1.749)×104×8.314=145390J/mol=145.390kJ/mol；已知25℃時氨基甲酸銨的標準ΔrHθm=159.32kJ/mol；故相對偏差為8.74%。ΔrGθm=﹣RTlnKθp=8.314×298.15×7.78=19285J/mol=19.285kJ/mol;ΔrSθm=(ΔrHθm﹣ΔrGθm)/T=(145.390﹣19.285)/298.15=0.423kJ/mol·K=423J/mol·K六、注意事項1、體系必須平衡后，才能讀取數(shù)字壓力計的壓力差；2、恒溫槽溫度控制到不相差0.1℃；3、玻璃等壓計中的封閉液一定要選用黏度小，密度小，蒸汽壓低。并且與反應體系不發(fā)生作用的液體。七、結(jié)果與討