氨基甲酸铵分解反应平衡常数的测定

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1、实验二氨基甲酸铵分解反应平衡常数的测定1前言1.1实验目的1)用等压法测定氨基甲酸铵的分解压力。2)通过测得的分解压力求得氨基甲酸铵分解反应的平衡常数，并计算ΔrH，ΔrG(T)，ΔrS(T)等与该反应有关的热力学常数。1.2实验原理氨基甲酸铵（NH2COONH4）是白色固体，是合成尿素的中间体，研究其分解的反应是具有实际意义的。【1】NH2COONH4不稳定，易发生分解反应：NH2COONH4(s)↔2NH3(g)+CO2(g)该反应为复相反应，在封闭体系中很容易达到平衡，在常压下其平衡常数可近似表示为：(1)式中，PNH、PCO分别表示反应温度下NH3和CO2平衡时的分压；py为标准压

2、。在压力不大时，气体的逸度近似为1，且纯固态物质的活度为1，体系总压p＝pNH＋pCO。【2】从化学反应计量方程式可知：(2)将式(2)代入式(1)得：（3）因此，当体系达平衡后，测量其总压p，即可计算出平衡常数Kpy温度对平衡常数的影响可用下式表示：(4)式中，T为热力学温度；ΔrH为标准反应热效应，R为摩尔气体常量。氨基甲酸铵分解反应是一个热效应很大的吸热反应，温度对平衡常数的影响比较灵敏。当温度在不大的范围内变化时，ΔrH可视为常数，由(4)式积分得：(C为积分常数)(5)若以lnK对1/T作图，得一直线，其斜率为-ΔrH/R。由此可求出ΔrH。并按下式计算T温度下反应的标准吉布斯自

3、由能变化ΔrG，ΔrG＝－RTlnK(6)利用实验温度范围内反应的平均等压热效应ΔrH和T温度下的标准吉布斯自由能变化ΔrG，可近似计算出该温度下的熵变ΔrS(7)因此通过测定一定温度范围内某温度的氨基甲酸铵的分解压(平衡总压)，就可以利用上述公式分别求出K，ΔrH，ΔrG(T)，ΔrS(T)。由福廷式气压计测得的大气压力需要进行温度及纬度的校正。当温度改变时，水银和铜管的热胀冷缩系数差异会影响线度的准确性，而重力加速度随纬度不同会有差异，同样会导致读数的差异。温度校正公式为：(8)(9)(10)式中：△t为温度校正值，当温度高于0时，要减去校正值；pt为气压计读数，为水银的体膨胀系数，为

4、黄铜的线膨胀系数。纬度校正则是将温度校正后的气压值再乘以，其中为气压计所在地纬度。【1】2实验方法2.1实验仪器和试剂仪器：等压法测分解压装置，见图1，数字式低真空测压仪试剂：氨基甲酸铵8106279113541图1.等圧法测氨基甲酸铵分解压实验装置图1.数字真空仪；2.真空胶管；3.等压计；4.封闭液；5.氨基甲酸铵；6.恒温控制仪；7.搅拌器；8.毛细管放空阀；9.三通活塞；10.真空泵；11.玻璃水槽2.2实验步骤1）检漏。打开真空测压仪，将单位调为kPa，并将其置零。将烘干的小球泡与真空胶管接好，开动真空泵，检查旋塞位置并使系统与真空泵相连接，几分钟后，关闭旋塞。10分钟后，若测压

5、仪示数不变，则系统不漏气。然后反复练习开启旋塞接通毛细管的过程，使自己能较为熟练地控制一次放入系统内的空气的量。【1】2）装样。（实验室已完成）3）测量：读出大气压和室温。将等压计小心与真空系统连接好，并固定在恒温槽中，打开恒温控制仪开关，调节恒温控制仪的温度为25℃，旋通活塞，开动真空泵，将系统中的空气排除，抽气时间约持续15min；缓慢开启旋塞接通毛细管，小心地将空气逐渐放入系统，直至等压计U型管两臂硅油齐平，立即关闭旋塞，观察硅油面，反复小心调节，直至等压计U型管两臂硅油齐平持续约10min，记录读数。4）重复测定：开真空泵几分钟后，再打开旋塞使泵与系统相连，再次抽气10min，然后

6、按照第三步中的方法重新测定读数，如果两次测定的读数差小于0.2KPa，则表示反应体系内已基本没有空气，可以继续实验。5）升温测量：依次继续测定30℃、35℃、40℃的反应体系压力。具体操作时可以边升温边放气，使U型管始终能基本平衡，此时要注意不要使空气鼓泡进入反应体系，否则应重新完全抽气测量。恒温10min后，使U型管中硅油能持续平衡约10min，则可以记录读数。6）系统复原。3结果与讨论本次实验中可直接测得的数据有室温、福廷式气压计读数、测压仪读数、恒温水槽中溶液的温度四项。测得室温为17.50℃，福廷式气压计读数为1024.8百帕，恒温水槽中溶液的温度及对应的测压仪读数读数见表1的第一

7、、二两列。其中，由福廷式气压计测得的大气压力需要进行温度及纬度的校正，已知杭州的纬度为30度，将室温和气压计读数代入公式（8），并进行纬度校正后，得到实际大气压为102.06kPa。表1中的第四列为实际大气压与测压仪读数之和。表1中的第五列由公式（3）算出。表1实验数据记录表室温：17.50℃，大气压：102.06kPa温度/℃测压仪读数/KPa1/T(10-3K-1)分解压/KPaKθ/10-4lnKθ25.00-91