氨基甲酸銨的分解反應(yīng)平衡常數(shù)的測定

專業(yè)：理科1010 姓名：專業(yè)：理科1010 姓名：陳世杰學(xué)號：日期：.03.5地點(diǎn)：化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心328課程名稱：大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)p實(shí)驗(yàn)類型：中級化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：氨基甲酸銨的分解反映平衡常數(shù)的測定同組學(xué)生姓名：無指導(dǎo)老師厲剛一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?guī)定1、熟悉用等壓法測定固體分解反映的平衡壓力。2、掌握真空實(shí)驗(yàn)技術(shù)。3、測定氨基甲酸銨分解壓力，計(jì)算分解反映平衡常數(shù)及有關(guān)熱力學(xué)函數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理氨基甲酸銨(NH2COONH4)是是合成尿素的中間產(chǎn)物，白色固體，不穩(wěn)定，加熱易發(fā)生以下的分解反映：NH2COONH4(s)2NH3（g）+CO2（g）該反映是可逆的多相反映。若將氣體當(dāng)作抱負(fù)氣體，并不將分解產(chǎn)物從系統(tǒng)中移走，則很容易達(dá)成平衡，原則平衡常數(shù)Kp可表達(dá)為：Kp=?（1）式中，、分別為平衡時NH3和CO2的分壓，又因固體氨基甲酸銨的蒸氣壓可無視不計(jì)，故體系的總壓p總為：p總＝＋稱為反映的分解壓力，從反映的計(jì)量關(guān)系知 ＝2則有＝p總和＝p總Kp=(p總)2?(p總)＝（2）可見當(dāng)體系達(dá)平衡后，測得平衡總壓后就可求算實(shí)驗(yàn)溫度的平衡常數(shù)Kp。平衡常數(shù)Kp稱為經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)。為將平衡常數(shù)與熱力學(xué)函數(shù)聯(lián)系起來，我們再定義原則平衡常數(shù)。化學(xué)熱力學(xué)規(guī)定溫度為T、壓力為100kpa的抱負(fù)氣體為原則態(tài)，100kpa稱為原則態(tài)壓力。 、或p總除以100kpa就得原則平衡常數(shù)。=()2?()=()3=溫度對原則平衡常數(shù)的影響可用下式表達(dá)：=（3）式中，△Hm為等壓下反映的摩爾焓變即摩爾熱效應(yīng)，在溫度范疇不大時△Hm可視為常數(shù)，由積分得：ln=－+C（4）作ln-圖應(yīng)得始終線，斜率S=－，由此算得△Hm=－RS。反映的原則摩爾吉布斯函數(shù)變化與原則平衡常數(shù)的關(guān)系為：ΔrGm=-RTlnK(5)用原則摩爾熱效應(yīng)和原則摩爾吉布斯函數(shù)變可近似地計(jì)算該溫度下的原則熵變：ΔrSm=(ΔrHm-ΔrGm)/T(6)因此，由實(shí)驗(yàn)測出一定溫度范疇內(nèi)不同溫度T時氨基甲酸銨的分解壓力（即平衡總壓），可分別求出原則平衡常數(shù)及熱力學(xué)函數(shù):原則摩爾熱效應(yīng)、原則摩爾吉布斯函數(shù)變化及原則摩爾熵變。等壓法測氨基甲酸銨分解裝置如圖1所示。等壓計(jì)中的封閉液普通選用鄰苯二甲酸二壬酯、硅油或石蠟油等蒸氣壓小且不與系統(tǒng)中任何物質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用的液體。若它與U形汞壓力計(jì)連用時，由于硅油的密度與汞的密度相差懸殊，故等壓計(jì)中兩液面若有微小的高度差，則可無視不計(jì)。本實(shí)驗(yàn)中采用數(shù)字式低真空測壓儀測定系統(tǒng)總壓。三、儀器和藥品儀器：平衡常數(shù)測定裝置試劑：氨基甲酸銨四、操作辦法和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)檢漏。檢查活塞和氣路，啟動真空泵，抽氣至系統(tǒng)達(dá)成一定真空度，關(guān)閉活塞11，停止抽氣。觀察數(shù)字式壓力測量儀的讀數(shù)，判斷與否漏氣，如果在數(shù)分鐘內(nèi)壓力計(jì)讀數(shù)基本不變，表明系統(tǒng)不漏氣。若有漏氣，則應(yīng)從泵至系統(tǒng)分段檢查，并用真空油脂封住漏口，直至不漏氣為止，才可進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。測量。打開恒溫水浴開關(guān)，設(shè)定溫度為（30±0.1）℃。打開真空泵，將系統(tǒng)中的空氣排出，約15min，關(guān)閉旋塞，停止抽氣。緩慢啟動旋塞接通毛細(xì)管，小心地將空氣逐步放入系統(tǒng)，直至等壓計(jì)U形管兩臂硅油齊平，立刻關(guān)閉旋塞，觀察硅油面，重復(fù)多次地重復(fù)放氣操作，直至10min內(nèi)硅油面齊平不變，即可讀數(shù)。重復(fù)測量。再使系統(tǒng)與真空泵相連，在開泵1~2min后，再打開旋塞。繼續(xù)排氣，約10min后，如上操作重新測定氨基甲酸銨分解壓力。如兩次測定成果壓力差不大于200Pa，可進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。升溫測量。調(diào)節(jié)恒溫槽的溫度為35℃，在升溫過程中逐步從毛細(xì)管緩慢放入空氣，使分解的氣體不致于通過硅油鼓泡。恒溫10min。最后至U形管兩臂硅油面齊平且保持10min不變，即可讀取測壓儀讀數(shù)及恒溫槽溫度。同法測定40℃、45℃的分解壓。復(fù)原。實(shí)驗(yàn)完畢后，將空氣慢慢放入系統(tǒng)，使系統(tǒng)解除真空。關(guān)閉測壓儀。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和解決室溫：15.6℃；大氣壓：103.05kPa（15.6℃）表一不同溫度時的氨基甲酸銨分解壓溫度30℃30℃35℃40℃系統(tǒng)壓強(qiáng)kp16.5016.5223.6133.39制作lnK與1/T的圖像30度時去兩者的平均數(shù)由圖得斜率s=-9.15因此，△rHmΘ=－RS=166688.65J/mol30℃時，反映的原則摩爾吉布斯函數(shù)變化ΔrGmΘ=-RTlnK=18659.16J/mol原則熵變：ΔrSmΘ=(ΔrHmΘ-ΔrGmΘ)/T=-488.30J/(mol*k)六、實(shí)驗(yàn)成果與分析氨基甲酸銨分解反映的等壓反映熱效應(yīng)△rHmΘ=－RS=166688.65J/mol；從網(wǎng)站：△rHmΘ（文獻(xiàn)）=159.32kJ/mol。因此，相對誤差Er=|△rHmΘ（文獻(xiàn)）-△rHmΘ|/△rHmΘ（文獻(xiàn)）*100%=4.2%誤差產(chǎn)生因素：1、放氨基甲酸銨的容器內(nèi)空氣在誤差允許內(nèi)未置換完全；2、讀數(shù)時，等壓計(jì)U形管兩臂硅油未完全齊平或齊平但還在微小變動，形成較小誤差。七、實(shí)驗(yàn)心得與討論1、實(shí)驗(yàn)過程中放進(jìn)空氣的操作要緩慢，以避免空氣穿過等壓管汞柱進(jìn)入平衡體系中,這也是確保明驗(yàn)順利進(jìn)行的重要操作之一。2、為檢查30.0℃時與否真正達(dá)成平衡,也為了檢查小球內(nèi)空氣與否置換完全,規(guī)定第一次做好后，放入空氣，再次抽氣并調(diào)節(jié)至平衡,重復(fù)測定一次，兩次測定允許誤差在200pa以內(nèi)，若不一致還要抽氣五分鐘，直到兩次成果基本一致為止?！舅伎碱}】：1、如何檢查系統(tǒng)與否漏氣？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)與否變化，若變化則闡明系統(tǒng)漏氣，若變化過快，則需要檢查裝置重新抽氣。2、什么叫分解壓？答：固體或液體化合物發(fā)生分解反映，在指定的溫度下達(dá)成平衡時，所生成的氣體的總壓力，稱為分解壓。3、如何測定氨基甲酸銨的分解壓力？答：在真空中使氨基甲酸銨的分解達(dá)成平衡，，這是系統(tǒng)的總壓即為氨基甲酸銨的分解壓。4、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(shí)驗(yàn)成果有何影響？答：需要測定的只是的反映產(chǎn)生的氣體的壓力，即氨氣和二氧化碳的總壓，因此空氣排除得越干凈，得到的數(shù)據(jù)成果就越精確。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。5、如何判斷氨基甲酸銨分解已達(dá)平