氨基甲酸铵的制备及分解
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实验十 氨基甲酸铵分解平衡常数的测定一、实验目的1. 掌握氨基甲酸铵的制备方法2. 用等压法测定一定温度下氨基甲酸铵的分解压力,并计算此分解反应的平衡常数3. 根据不同温度下的平衡常数,计算等压反应热效应的有关热力学函数。
二、实验原理干燥的氨和干燥的二氧化碳接触后,只生成氨基甲酸铵。
2 NH 3(g )+ CO 2(g ) NH 2CO 2NH 4(s )在一定温度下氨基甲酸铵的分解可用下式表示:243(2((NH COONH NH 2固)气)+CO 气)设反应中气体为理想气体,则其标准平衡常数K 可表达为22[][]co p K P P =3NH p (1) 式中,3NH p 和2co p 分别表示反应温度下NH 3和CO 2的平衡分压,P 为100kPa 。
设平衡总压为p ,则23p =3NH p ;213co p p =代入式(5-22),得到23214()()()3327P P P K P P P == (2)因此测得一定温度下的平衡总压后,即可按式(2)算出此温度的反应平衡常数K 。
氨基甲酸铵分解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。
但当温度变化范围不大时,按平衡常数与温度的关系式,可得:ln r m H K C RT -∆=+ (3)式中,r m H ∆为该反应的标准摩尔反应热,R 为摩尔气体常数,C 为积分常数。
根据式(3),只要测出几个不同温度下的,以ln K 对1/T 作图,由所得直线的斜率即可求得实验温度范围内的r m H ∆。
利用如下热力学关系式还可以计算反应的标准摩尔吉氏函数变化r m G ∆和标准摩尔熵变r m S ∆:ln r m G RT K ∆=- (4)r m r m r m G H T S ∆=∆-∆ (5)本实验用静态法测定氨基甲酸铵的分解压力。
参看图10-1所示的实验装置。
样品瓶A 和零压计B 均装在空气恒温箱D 中。
实验时先将系统抽空(零压计两液面相平),然后关闭活塞1,让样品在恒温箱的温度t 下分解,此时零压计右管上方为样品分解得到的气体,通过活塞2、3不断放入适量空气于零压计左管上方,使零压计中的液面始终保持相平。
实验十七 氨基甲酸铵分解反应平衡常数的测定一、实验目的1.熟悉用等压计测定平衡压力的方法。
2.测定各温度下氨基甲酸铵的分解压力,计算各温度下分解反应的平衡常数K p 及有关的热力学函数。
二、预习要求1.掌握氨基甲酸铵分解反应平衡常数的计算及其与热力学函数间的关系。
2.了解氨基甲酸铵的制备方法。
3.熟悉实验装置图,了解做好实验的关键步骤。
三、实验原理氨基甲酸铵为白色固体,很不稳定,其分解反应式为:NH 2COONH 4(s) 2NH 3(g)+CO 2(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:32NH CO p p p K p p ⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦(1) 式中,3NH p 、2CO p 分别表示NH 3和CO 2平衡时的分压,其单位为Pa 。
设平衡时总压为p ,由于1molNH 2COONH 4(s)分解能生成2molNH 3(g)和1molCO 2(g),又因为固体氨基甲酸铵的蒸气压很小,所以体系的平衡总压就可以看作2CO p 与3NH p 之和,即: 322NH CO p p =则: 3221,33NH CO p p p p == (2) (2)式代入(1)式得:23243327p p p p K p p p ⎛⎫⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭(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温度对平衡常数的影响可用下式表示:2ln pr m d K H dT RT∆=(4) 式中,T 为热力学温度;r m H ∆ 为标准反应热效应。
当温度在不大的范围内变化时,r m H ∆可视为常数,由(4)式积分得:ln r m pH K C RT ∆'=-+(5) 式中C ′为积分常数。
若以ln p K对1T 作图,得一直线,其斜率为r m H R ∆- ,由此可求出r m H ∆ 。
氨基甲酸铵分解反应为吸热反应,反应热效应很大,在25℃时每摩尔固体氨基甲酸铵分解的等压反应热r m H ∆ 为159×103J·mol -1,所以温度对平衡常数的影响很大,实验中必须严格控制恒温槽的温度,使温度变化小于±0.1℃。
氨基甲酸铵分解的焓变1. 引言嘿,大家好!今天咱们聊聊一个看似严肃的化学话题——氨基甲酸铵的分解焓变。
听上去很复杂对吧?但其实就像泡茶一样,慢慢来就好。
氨基甲酸铵,这个名字听着就像是外星人给你寄来的快递,其实它在化学里可是个小角色呢。
它主要用作肥料,还能用在某些化学反应中,简直就是化学界的“多面手”!那么,它分解的时候到底发生了什么?今天咱们就来扒一扒这个小家伙的秘密。
2. 什么是氨基甲酸铵?2.1 氨基甲酸铵的结构说到氨基甲酸铵,咱们先得知道它的化学结构。
它的化学式是NH2COONH4,看起来有点儿复杂,但其实就是氨基和羧酸的结合体。
想象一下,一个调皮的小朋友和他妈妈一起做饭,妈妈负责调味,小朋友负责捣蛋,这就是氨基甲酸铵的“家庭关系”。
2.2 氨基甲酸铵的用途这个小家伙可不光是个“居家过日子”的角色。
它在农业上可是大显身手,能为植物提供养分,简直是农民伯伯的好帮手。
此外,在一些化学反应中,它也是个不错的催化剂。
可见,这个“外星人”虽然名字拗口,但其实在我们的日常生活中无处不在。
3. 氨基甲酸铵的分解反应3.1 分解反应的过程那么,氨基甲酸铵到底怎么分解呢?一言以蔽之,它会分解成氨气、二氧化碳和水。
听起来简单,但实际操作的时候可要小心翼翼,就像在做一顿大餐一样,火候得掌握好!当温度升高时,它就像是一个急性子的小朋友,开始躁动不安,迫不及待地要释放能量。
3.2 焓变的意义那么,分解的时候释放或吸收的能量,我们称之为焓变。
简单来说,这就像是你喝了一口热茶,嘴巴被烫到了,突然感觉到的那种“热流”。
如果氨基甲酸铵在分解过程中释放热量,那它就是放热反应;如果吸收热量,那就成了吸热反应。
这个过程不仅仅是简单的能量转换,更是化学反应中热量的流动,像是舞台上的一场表演,热量就是那台灯,照亮了整个舞台。
4. 结论4.1 总结通过今天的聊天,咱们对氨基甲酸铵有了更深入的了解。
它不仅是一个“多面手”,还在分解过程中展示了焓变的魅力。
实验报告 课程名称: 大学化学实验p 实验类型: 中级化学实验实验项目名称: 氨基甲酸铵得分解反应平衡常数得测定同组学生姓名: 无 指导老师 厉刚一、实验目得与要求1、熟悉用等压法测定固体分解反应得平衡压力。
2、掌握真空实验技术。
3、测定氨基甲酸铵分解压力,计算分解反应平衡常数及有关热力学函数、二、实验内容与原理氨基甲酸铵(NH 2COON H4)就是就是合成尿素得中间产物,白色固体,不稳定,加热易发生如下得分解反应:NH 2CO ON H4(s) 2NH 3(g)+CO 2(g)该反应就是可逆得多相反应。
若将气体瞧成理想气体,并不将分解产物从系统中移走,则很容易达到平衡,标准平衡常数Kp 可表示为:K p =• (1)式中,、分别为平衡时N H3与CO 2得分压,又因固体氨基甲酸铵得蒸气压可忽略不计,故体系得总压p总为:p 总=+称为反应得分解压力,从反应得计量关系知=2则有 =p 总与=p总K p= (p 总)2 •(p 总) = (2)可见当体系达平衡后,测得平衡总压后就可求算实验温度得平衡常数Kp 。
平衡常数Kp 称为经验平衡常数。
为将平衡常数与热力学函数联系起来,我们再定义标准平衡常数。
化学热力学规定温度为T 、压力为100kp a 得理想气体为标准态,100k pa 称为标准态压力。
ﻩ、或p 总除以100kp a 就得标准平衡常数、= ()2 • () = ()3 =温度对标准平衡常数得影响可用下式表示:= (3)式中,△H m 为等压下反应得摩尔焓变即摩尔热效应,在温度范围不大时△H m 可视为常数,由积分得: ln=-+C(4)作ln -图应得一直线,斜率S=-,由此算得△H m =-RS 、反应得标准摩尔吉布斯函数变化与标准平衡常数得关系为:ΔrG m = - RTln K(5)用标准摩尔热效应与标准摩尔吉布斯函数变可近似地计算该温度下得标准熵变:Δr S m= (Δr H m -Δr Gm ) / T(6)因此,由实验测出一定温度范围内不同温度T 时氨基甲酸铵得分解压力(即平衡总压),可分别求出标准平衡常数 及热力学函数:标准摩尔热效应、标准摩尔吉布斯函数变化及标准摩尔熵变。
实验五氨基甲酸铵分解反应平衡常数的测定一、实验目的1.了解氨基甲酸铵分解反应的基本过程和条件。
2.学习测定化学反应平衡常数的方法及其应用。
二、实验原理氨基甲酸铵在高温下分解,生成氨气和二氧化碳,反应式如下:CH3COONH4 -------> CH3COOH + NH3 ↑+ CO2 ↑由于化学反应的反应率常常与反应物的浓度有关,因此,当反应到达平衡时,反应物浓度和生成物浓度与时间无关,而是保持不变的。
对于上述反应,我们可以用反应平衡常数 Kc 表示为:Kc=[CH3COOH]/[NH3]×[CO2]式中 [CH3COOH]、[NH3]、[CO2] 分别表示平衡时甲酸浓度、氨气浓度和二氧化碳浓度。
通过实验测定在一定的条件下反应平衡时三种物质的浓度,进而计算反应平衡常数Kc 的大小。
三、实验仪器分光光度计、恒温槽。
四、实验材料氨基甲酸铵,稀盐酸,标准二氧化碳水溶液。
五、实验操作1.制备实验物质取适量氨基甲酸铵,加入适量的稀盐酸溶液,搅拌使之完全溶解,取出一部分于恒温槽中进行实验。
(1)实验条件:室温为25℃。
(2)取一定量的标准二氧化碳水溶液,并规定其浓度 C。
(3)将制备好的溶液放置于恒温槽中 5 分钟,使其达到稳态。
(4)取出一部分溶液并放入分光光度计中,测定其吸光度。
(5)用标准二氧化碳水溶液定量向其溶液中滴加一定量的 CO2 溶液,并在每次加入后短时间内在分光光度计中测定剩余未反应的 CO2 的吸光度。
6.收集实验数据记录每次加入二氧化碳水溶液前和每次测定后的实验溶液温度,并记录吸收光度数据。
七、实验注意事项1.实验中所用的各种玻璃仪器要求干燥、清洁,以免影响实验结果。
2.实验操作时应注意防止氨气和二氧化碳溶液造成的刺激。
3.实验过程中应注意一定加入量的二氧化碳水溶液。
八、实验结果与分析1.用分光光度计测定实验溶液中溶质的浓度,并计算出 CO2、NH3、CH3COOH 三种物质的吸收光度。
实验七 氨基甲酸铵的分解平衡一、实验目的1.用等压法测定氨基甲酸铵的分解压力,并计算此分解反应的有关热力学函数。
2.掌握空气恒温箱的结构原理并学会其使用。
二、实验原理氨基甲酸铵的分解可用下式表示:NH 2CO 2NH 4(固)=2NH 3(气)+CO 2(气) 在实验条件下可把氨和二氧化碳看成是理想气体,上式的标准平衡常数K 可表示为:22[][]co p K P P =3NH p(1)式中,3NH p 和2co p 分别表示反应温度下NH 3和CO 2的平衡分压,P 为标准压力,通常选为100kPa 。
设平衡总压为p ,则23p =3NH p ;213co p p = 。
代入式(1):23214()()()3327P P P K P P P == (2)因此测得一定温度下的平衡总压后,即可按式(2)算出此温度的反应平衡常数K 。
氨基甲酸铵分解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。
但当温度变化范围不大时,按平衡常数与温度的关系式,可得:ln r mH K C RT -∆=+ (3)式中,r m H ∆为该反应的标准摩尔反应热,R 为摩尔气体常数,C 为积分常数。
根据式(3),只要测出几个不同温度下的,以ln K 对1/T 作图,由所得直线的斜率即可求得实验温度范围内的r m H ∆利用如下热力学关系式还可以计算反应的标准摩尔吉氏函数变化r m G ∆和标准摩尔熵变r m S ∆:ln r m G RT K ∆=- (4)r m r m r m G H T S ∆=∆-∆ (5)本实验用静态法测定氨基甲酸铵的分解压力。
参看下图的实验装置。
盛样小球和零压计2均装在空气恒温箱中。
实验时先将系统抽空(零压计两液面相平),然后关闭活塞6和7,让样品在恒温箱的温度t下分解,此时零压计右管上方为样品分解得到的气体,通过活塞5不断放入适量空气于零压计左管上方,使零压计中的液面始终保持相平。
物理化学实验报告实验名称:氨基甲酸铵分解反应标准平衡常数的确定学院:化学工程学院专业:化学工程与工艺班级:姓名:学号:指导教师:日期:一、实验目的1、掌握测定平衡常数的一种方法。
2、用等压法测定氨基甲酸铵的分解压力并计算分解反应的有关热力学常数。
二、实验原理氨基甲酸铵是白色固体,很不稳定,易分解成NH3和CO2。
具体反应方程式:NH2COONH4=2 NH3↑+ CO2↑,有:P= P CO2+P NH3(1)由反应方程得:P NH3=2 P CO2所以P NH3=(2/3)P P CO2=(1/3)PKp=(4/27)P3Kp0=(4/27) (P/P0)3 (2)因此平衡后,测出总压力P即可求出Kp和Kp0。
温度对平衡常数的影响的定量关系式:d(lnK p0)/dT= △rHm0/RT2(3)而△rHm0(T2)=△rHm0(T1)+∫T1T2△CpdT 所以△rHm0(T)为温度的函数。
将△rHm0(T)的函数代入式积分可得Kp0。
若反应物与产物性质类似,摩尔的热容值相近,反应前后总摩尔数基本不变,则在较小温度变化区间内△Cp可近似看作零,△rHm0为与温度无关的常数,则对(3)式进行积分得:lnK p0=-△rHm0/(RT)+CⅠ.若以lnK p0对1/T作图,为一直线,其斜率为-△rHm0/R,由此式可求△rHm0。
在一个小的温度区间内,也可用此式计算出此温度区间内的平均△rHm0。
Ⅱ.因为在任一温度下平衡常数与反应的标准自由能变化值间的关系式:△rGm0 = -RTln K p0因此可用任一温度下的平衡常数计算出该温度下的△rGm0。
Ⅲ.利用实验温度范围内的平均等压热效应△rHm0及等温度下的自由能变,可近似计算出该温度下的标准熵变△rSm0。
△rSm0=(△rHm0-△rGm0)/T三、实验仪器与试剂1、仪器:循环水泵,低真空数字测压仪,等压计,恒温槽一套,样品管。
2、药品:氨基甲酸铵,液体石蜡。
先在三颈瓶中加入氢氧化钠固体 ,恒压滴液漏斗中装入浓氨水;随着浓氨水的加入 ,三颈瓶中有少量液体产生 ,这时开动搅拌使反应充分 ,产生的氨气通过氢氧化钠固体干燥塔进入到聚氯乙烯薄膜反应器。
二氧化碳气体的产生是利用干冰气化原理锥形瓶内干冰气化生成二氧化碳气体使其自身温度维持在 - 78 ℃左右 ,避免了 CO2 气体的干燥 ,其流量可通过压实的干冰面积 ,即挥发面积粗略控制。
在改进的实验装置里使用了聚氯乙烯薄膜反应器 ,它不仅保证了反应过程中的散热 ,而且在反应完成后轻轻揉搓薄膜即可得到氨基甲酸铵粉末。
反应尾气通入稀硫酸洗气瓶 ,这不仅能防止有害的氨气进入空气 ,而且可以通过观察洗气瓶中有无气泡来判断氨气和二氧化碳气体是否按 2: 1 的比例混合。
若无气泡产生 ,说明比例合适 ,若有气泡产生 ,可以通过调节常压滴液漏斗的活塞控制浓氨水的加入速度 ,使两种气体混合比例适当。
在反应初期 ,浓氨水的滴加速度基本稳定;在反应后期 ,由于干冰的剩余量较小 , CO2 气流量下降 ,氨水的滴加速度应减慢。
实验三十七 氨基甲酸铵分解平衡常数的测定一、实验目的1. 测定氨基甲酸铵的分解压力,并求得反应的标准平衡常数和有关热力学函数。
2. 掌握空气恒温箱的结构原理及其使用。
二、实验原理氨基甲酸铵的分解可用下式表示:243(2((NH COONH NH 垐?噲?2固)气)+CO 气) 设反应中气体为理想气体,则其标准平衡常数K e可表达为 22[][]co p K P P =e e e 3NH p (5-22) 式中,3NH p 和2co p 分别表示反应温度下NH 3和CO 2的平衡分压,P e 为100kPa 。
设平衡总压为p ,则23p =3NH p ;213co p p =代入式(5-22),得到23214()()()3327P P P K P P P ==e e e e (5-23)因此测得一定温度下的平衡总压后,即可按式(5-23)算出此温度的反应平衡常数K e 。
氨基甲酸铵分解反应平衡常数的测定一、实验目的1、熟悉用等压法测定固体分解反应的平衡压力。
2、掌握真空实验技术。
3、测定氨基甲酸铵分解压力,计算分解反应平衡常数及有关热力学函数。
二、实验原理氨基甲酸铵是合成尿素的中间产物,为白色固体,很不稳定,其分解反应式为:NH 2COONH 4(s)2NH 3(g)+CO 2(g)在常压下其平衡常数可近似表示为:⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡= p p p p K 2CO 23NH p(1) 其中,p NH 3、p CO 2分别表示反应温度下NH 3和CO 2平衡时的分压;体系总压p =p NH 3+p CO 。
从化学反应计量方程式可知:p p p p 31322CO 3NH ==, (2) 将式(2)代入式(1)得:32p274332⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=p p p p p p K (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K p温度对平衡常数的影响可用下式表示:'mpln C RTH K r +∆-= (C ′为积分常数) (4)若以ln K Ө p 对1/T 作图,得一直线,其斜率为-Δr H Ө m /R 。
由此可求出Δr H Ө m 。
并按下式计算T 温度下反应的标准吉布斯自由能变化Δr G Ө m ,Δr G Ө m =-RT ln K Ө p (5)利用实验温度范围内反应的平均等压热效应Δr H Ө m 和T 温度下的标准吉布斯自由能变化Δr G Ө m ,可近似计算出该温度下的熵变Δr S Ө mTG H S r r rmm m∆-∆=∆ (6)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 Ө p ,Δr H Ө m ,Δr G Ө m (T ),Δr S Ө m (T )。
三、 实验仪器与药品1 仪器 :循环水泵,低真空数字测压仪,等压计,恒温槽,样品管。
实验十二 氨基甲酸铵分解平衡常数的测定一、实验目的1. 掌握测定平衡常数的一种方法。
2. 用等压法测定氨基甲酸铵的分解压力,并计算反应的标准平衡常数和有关热力学函数。
二、实验原理氨基甲酸铵是白色固体,是合成尿素的中间体,研究其分解反应是具有实际意义的。
氨基甲酸铵很不稳定,易于分解,可用下式表示:243(2((NH COONH NH 2固)气)+CO 气)此复相反应正逆向都很容易进行,若不将产物移去,则很容易达到平衡。
在实验条件下,把反应中的气体均看作理想气体,压力对固体的影响忽略不计,其标准平衡常数可表示为:322()()NH CO p p p K ppθθθ= (1)式中,3NH p 和2CO p 分别表示反应温度下NH 3和CO 2的平衡分压,p θ为100kPa 。
平衡体系的总压p 为3NH p 和2CO p 之和,从上述反应可知:323NH p p =, 213CO p p = 代入式(1)得到:23214()()()3327p p p p K p p pθθθθ== (2)因此,当体系达到平衡后,测定其总压p 即可算出标准平衡常数p K θ。
氨基甲酸铵分解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。
但当温度变化范围不大时,按平衡常数与温度的关系式,可得:ln rmp H K C RTθθ=-+ (3)式中,rm H θ为该反应的标准摩尔反应热,R 为摩尔气体常数,C 为积分常数。
根据式(3),只要测出几个不同温度下的总压p ,以ln p K θ对1/T 作图,由所得直线的斜率即可求得实验温度范围内的rm H θ。
利用如下热力学关系式还可以计算反应的标准摩尔吉氏函数变化r m G θ和标准摩尔熵变r m S θ:ln r m p G RT K θθ=- (4)r m r m r G H TS θθθ=- (5)本实验用静态法测定氨基甲酸铵的分解压力。
参看图1所示的实验装置。
实验49 氨基甲酸铵的制备和分解平衡一、实验目的1. 掌握氨基甲酸铵的制备方法。
2. 用等压法测定一定温度下氨基甲酸铵的分解压力,并计算此分解反应的平衡常数。
3. 根据不同温度下的平衡常数,计算等压反应热效应的、标准反应吉布斯自由能变化和标准熵变。
r m H Δ\r m G Δ\r m S Δ\二、实验原理干燥的氨和干燥的二氧化碳接触后,只生成氨基甲酸铵。
32222NH (g)CO (g)NH CO NH (s)+ 4在一定温度下氨基甲酸铵的分解反应为:22432NH CO NH (s)2NH (g)CO (g)+在实验条件下可把氨和二氧化碳看成是理想气体,分解反应的标准平衡常数可表示为:32NH CO 2()(p p K pp=⋅\\\式中:,分别表示NH 3NHp 2COp 3和CO 2的分压;p \表示标准压力,通常选为100 kPa 。
设平衡总压是p ,则=3NHp 23p ;=2COp 13p 。
代入上式:34(27pK p=\\因此,测得给定温度下的平衡总压后,即可计算出平衡常数。
当温度变化的范围不大时,可视为常数,则标准平衡常数与温度的关系为:K \r m H Δ\K \r mln H K C RT−Δ=+\\作图,应为一直线,由直线斜率ln 1/K T −\r m /H R −Δ\即可求得实验温度范围内的。
r mH Δ\根据,可求得给定温度下反应的,可进一步根据近似计算出。
r m ln G RT K Δ=−\\S \r mG Δ\r m r m r mG H T Δ=Δ−Δ\\r m S Δ\三、主要仪器与试剂1.仪器液体石蜡鼓泡瓶,固体氢氧化钾干燥管,浓硫酸洗气瓶,聚乙烯薄膜袋,稀硫酸洗气瓶,恒温槽,真空泵,数字式低真空测压仪。
2.试剂 氨(钢瓶),二氧化碳气体(钢瓶),硅油。
四、实验步骤安全预防:注意钢瓶使用规范,防止气体泄漏;用真空泵对系统抽气时,因为氨有腐蚀性,同时当氨与二氧化碳一起吸入泵内时将会生成凝结物,以致损坏泵和泵油,因此在真空泵前应装吸附浓硫酸的硅胶干燥塔,用来吸收氨。
实验一 氨基甲酸铵的分解平衡一、实验目的1、熟悉用等压法测定固体分解反应的平衡压力。
2、掌握真空实验技术。
3、测定氨基甲酸铵分解压力,计算分解反应平衡常数,计算分解反应的焓变O mr H ∆。
分解反应的标准吉布斯自由能变化O m r G ∆和标准熵变O mr S ∆。
二、实验原理氨基甲酸铵(42COONH NH )是白色固体,不稳定,加热易发生如下的分解反应:42COONH NH (s)23NH (g )+2CO (g )(1)若将气体3NH 和2CO 看成理想气体,则标准平衡常数O K 可表示为:O 2OO 23p p p p K CO NH ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛= (2) 式中, 3NH p 、2CO p 分别为平衡时NH 3和CO 2的分压,O p 为标准压力。
()()3O3OCO 2NH O 23--==p K p p p K p 23CO 2N H p p K p =(3)体系的总压p 为:23CO NH p p p +=体系的总压p 称为反应的分解压力,从反应的计量关系知232CO NH p p =则有 p p NH 323=和p p CO 312=,将其代入(4.3)式得(4.4)式3274p K p =(4) ()3O3O 274-=p p K (5)可见当体系达平衡后,测得平衡总压后就可求算实验温度的平衡常数O K 。
当温度变化范围不大时,可以认为Om r H ∆是常数,C RT+∆-=O mr OH lnK(6)以OlnK 对T 1作图,由直线的斜率可以求出Om r H ∆。
根据O O m RTlnK G -=∆r ,求出实验温度T 下的Om r G ∆。
又根据O m r O m r O m r S T H G ∆∆=∆-,可以近似的计算出Om r S ∆。
三、实验仪器仪器:精密数字压力计、玻璃恒温水浴、不锈钢储气罐及玻璃仪器试剂:氨基甲酸铵(CP)、液体石蜡(CP)四、实验步骤1、缓冲储气罐的使用方法图1 缓冲储气罐示意图①安装用橡胶管将真空泵气嘴与缓冲罐接嘴相连接。
氨基甲酸铵生产工艺氨基甲酸铵是一种常用的化学品,广泛应用于农业、医药、染料、化纤等领域。
下面将介绍氨基甲酸铵的生产工艺。
一、原料准备氨基甲酸铵的主要原料是甲醇和氨气。
甲醇可以通过木材或石油的加热裂解得到,氨气则可通过氨的水热法制备得到。
二、反应设备氨基甲酸铵的生产可以采用反应釜进行。
反应釜通常是由耐腐蚀的材料制成,如不锈钢。
三、生产工艺1. 加料:将甲醇和氨气按照一定的比例加入反应釜中。
一般情况下,甲醇和氨气的摩尔比为1:2。
2. 反应:在适当的温度和压力下,甲醇和氨气发生反应生成氨基甲酸铵。
反应的温度和压力会根据具体的工艺条件进行控制。
3. 氨基甲酸铵的生成方程式如下:CH3OH + 2NH3 -> NH2COONH44. 反应时间:反应时间根据工艺条件的不同而有所变化,一般为数小时到数十小时。
5. 反应结束后,将反应产物进行冷却,使其温度降至室温。
6. 产物处理:将反应釜中的产物进行脱水处理,去除其中的水分。
7. 产品分离:将脱水后的产物进行分离,得到氨基甲酸铵的固体产品。
8. 产品精制:对固体产品进行精制处理,去除杂质和未反应的原料。
9. 包装储存:对精制后的氨基甲酸铵进行包装和储存,以备后续使用。
四、安全措施在氨基甲酸铵的生产过程中,应注意以下安全措施:1. 严格控制反应温度和压力,避免发生危险反应。
2. 加料过程中应小心操作,避免甲醇和氨气的泄漏和接触皮肤。
3. 在反应过程中应保持通风良好,避免气体积聚和中毒。
4. 在操作过程中应穿戴好防护设备,如安全眼镜、防护手套等。
总结:氨基甲酸铵的生产工艺主要包括原料准备、反应设备、生产工艺、安全措施等方面。
在生产过程中,需要合理控制温度和压力,注意操作安全。
通过以上工艺步骤,可以高效地生产出优质的氨基甲酸铵产品,满足不同领域的需求。
先在三颈瓶中加入氢氧化钠固体 ,恒压滴液漏斗中装入浓氨水;随着浓氨水的加入 ,三颈瓶中有少量液体产生 ,这时开动搅拌使反应充分 ,产生的氨气通过氢氧化钠固体干燥塔进入到聚氯乙烯薄膜反应器。
二氧化碳气体的产生是利用干冰气化原理锥形瓶内干冰气化生成二氧化碳气体使其自身温度维持在 - 78 ℃左右 ,避免了 CO2 气体的干燥 ,其流量可通过压实的干冰面积 ,即挥发面积粗略控制。
在改进的实验装置里使用了聚氯乙烯薄膜反应器 ,它不仅保证了反应过程中的散热 ,而且在反应完成后轻轻揉搓薄膜即可得到氨基甲酸铵粉末。
反应尾气通入稀硫酸洗气瓶 ,这不仅能防止有害的氨气进入空气 ,而且可以通过观察洗气瓶中有无气泡来判断氨气和二氧化碳气体是否按 2: 1 的比例混合。
若无气泡产生 ,说明比例合适 ,若有气泡产生 ,可以通过调节常压滴液漏斗的活塞控制浓氨水的加入速度 ,使两种气体混合比例适当。
在反应初期 ,浓氨水的滴加速度基本稳定;在反应后期 ,由于干冰的剩余量较小 , CO2 气流量下降 ,氨水的滴加速度应减慢。
实验三十七 氨基甲酸铵分解平衡常
数的测定
一、实验目的
1. 测定氨基甲酸铵的分解压力,并求得反应的标准平衡常数和有关热力学函数。
2. 掌握空气恒温箱的结构原理及其使用。
二、实验原理
氨基甲酸铵的分解可用下式表示:
243(2((NH COONH NH 2固)气)+CO 气) 设反应中气体为理想气体,则其标准平衡常数K 可表达为
22[
][]co p K P P =3NH p (5-22) 式中,3NH p 和2co p 分别表示反应温度下NH 3和CO 2
的平衡分压,P 为100kPa 。
设平衡总压为p ,则
23p =3NH p ;213co p p =
代入式(5-22),得到
23214()()()3327P P P K P P P == (5-23)
因此测得一定温度下的平衡总压后,即可按式(5-23)算出此温度的反应平衡常数K 。
氨基甲酸铵分解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。
但当温度变化范围不大时,按平衡常数与温度的关系式,可得:
ln r m H K C RT -∆=+ (5-24)
式中,r m H ∆为该反应的标准摩尔反应热,R 为摩尔气体常数,C 为积分常数。
根据式(5-24),只要测出几个不同温度下的,以ln K 对1/T 作图,由所得直线的斜率即可求得实验温度范围内的r m H ∆。
利用如下热力学关系式还可以计算反应的标准摩尔吉氏函数变化r m G ∆和标准摩尔熵变r m S ∆:
ln r m G RT K ∆=- (5-25)
r m r m r m G H T S ∆=∆-∆ (5-26)
本实验用静态法测定氨基甲酸铵的分解压力。
参看图5-14所示的实验装置。
样品瓶A 和零压计B 均装在空气恒温箱D 中。
实验时先将系统抽空(零压计两液面相平),然后关闭活塞1,让样品在恒温箱的温度t 下分解,此时零压计右管上方为样品分解得到的气体,通过活塞2、3不断放入适量空气于零压计左管上方,使零压计中的液面始终保持相平。
待分解反应达到平衡后,从外接的U 形泵压力计测出零压计上方的气体压力,即为温度t 下氨基甲酸铵分解的平衡压力。
三、仪器与试剂
试剂:氨基甲酸铵(固体粉末)。
仪器:空气恒温箱,样品瓶,汞压力计,硅油零压计,机械真空泵,活塞等。
四、实验步骤
1. 按图5-14的装置接好管路,并在样品瓶A 中装入少量氨基甲酸铵粉末。
2. 打开活塞1,关闭其余所有活塞。
然后开动机械真空泵,再缓慢打开活塞5和4,
使系统逐步抽真空。
约5min 后,关闭活塞5、4和1。
3. 调节空气恒温箱D 温度为(25.0±0.2)℃。
4. 随着氨基甲酸铵分解,零压计中右管液面降低,左管液面升高,出现了压差。
为了
消除零压计B 中的压差,维持零压,先打开活塞3,随即关闭,再打开活塞2,此时毛细管E 中的空气经过缓冲管G 降压后进入零压计左管上方。
再关闭活塞2,打开活塞3,如此反复操作,待零压计中液面相平且不随时间而变,则从U 形汞压力计上测得平衡压差t p ∆。
注意:①不可将活塞2、3同时打开,以免压差过大而使零压计中的硅油冲入样品瓶。
②若空气放入过多,造成零压计左管液面低于右管液面,此时可打开活塞5,通过真空泵将毛细管F 抽真空,随后再关闭活塞5,打开活塞4。
这样可以降低零压计左管上方的压力,直至两边液面相平。
5. 将空气恒温箱分别调到30℃、35℃、40℃,同上述实验步骤操作,从U 形汞压力
计测得各温度下系统达平衡后的压差。
6. 实验结束,必须先打开活塞6,再关闭真空泵(为什么?),然后打开活塞1、2、3,
使系统通大气。
7. 测得大气压所使用的方法见本书附录4。
五、数据处理
1. 将测得的大气压和U 形汞压力计的汞高差t p ∆进行温度校正见《大学基础化学实验
(Ⅰ)》。
2. 求不同温度下系统的平衡总压p :
p p p =-∆大气并与如下经验式计算结果相比较:6313.5ln 30.5546p T -=+。
式中p 的单位为Pa 。
3. 计算各分解温度下K 和r m G ∆。
4. 以ln K 对1/T 作图,由斜率求得r m H ∆。
5. 按式(5-26)计算r m S ∆。
六、思考题
1. 在一定温度下,氨基甲酸铵的用量多少对分解压力有何影响?
2. 为何要对汞压力计读数进行温度校正?若不进行此项校正,对平衡总压的值会引入
多少误差?
3. 装置中毛细管E 与F 各起什么作用?为什么在系统抽真空时必须将活塞1打开?负
责会引起什么后果?
4. 本实验为什么要用零压计?零压计中液体为什么选用硅油?
七、进一步讨论
1.由于NH2COONH4易吸水,故在制备及保存时使用的容器都应保持干燥。
若
NH2COONH4吸水,则生成(NH4)2CO3和NH4HCO3,就会给实验结果带来误差。
2.本实验的装置与测定液体饱和蒸气压和蒸汽压的装置相似,故本装置也可用来测定
液体的饱和蒸汽压。
3.氨基甲酸铵极易分解,所以无商品销售,需要在实验前制备方法如下:在通风柜内
将钢瓶的氨与二氧化碳在常温下同时通入一塑料袋中,一定时间后在塑料袋内壁上
即附着氨基甲酸铵的白色结晶。
4.为避免使用汞的麻烦,本实验可用负压传感器(见本书附录4)代替U形汞压力计。