氨基甲酸铵分解反应标准平衡常数的测定 宁波工程

B
K P p
式中：

B
（9.2） （9.3）
2 . p CO2 K P p NH 3 G
p NH 3 g , p CO2 g 分别为平衡系统中 NH 3 g 、和 CO2 g 的平衡分压； B 为反应式中各气
体物质计量系数之和，产物的 B 为正，反应物的 B 为负。 因为一定温度下， 固体物质的蒸气压具有定值，与固体的量无关， 因此，平衡系统中 氨基甲酸铵的分压 p NH 2COONH 4 s 是常数，与平衡常数合并，故在（9.2）式中不出现。 因为温度不高时，固体物质氨基甲酸铵的分压
ln K T
T—绝对温度，K；
(9.7)
r Hm 标准摩尔反应焓 , J .mol 1 ，当温度在不太大的范围内变化时， r H m 可
视为常数.对(9.7)式进行不定积分得：
ln K
r Hm 1 C' R T r Hm 1 C 2.303R T
五、数据记录与处理 室温：17.3℃ t∕℃ 25.02 30.02 35.00 39.99 45.01 大气压：102.02KPa 1∕T 3.353×10-3 3.299×10-3 3.245×10-3 3.193×10-3 3.143×10-3 真空度△P －92.61 －86.97 －80.02 －70.66 －57.83 分解压 p 9.41 15.05 22.00 31.36 44.19 Kp° 1.163×10-4 4.756×10-4 1.486×10-3 4.303×10-3 0.01204 lnKp° －9.060 －7.651 －6.512 －5.448 －4.420
宁 波 工 程 学 院
物理化学实验报告
专业班级 同组姓名 实验名称 姓名 指导老师 实验三 序号 实验日期 氨基甲酸氨分解反应标准平衡常数的测定
一、 实验目的 1、 掌握一种测定系统平衡压力的方法—等压法； 2、 测定不同温度下氨基甲酸铵的分解压力； 3、计算相应温度下该分解反应的标准平衡常数、标准摩尔反应焓变△rHθm、标准摩尔反应吉 布斯函数变△rG m 及标准摩尔反应熵变△rS m； 4、掌握真空泵、恒温水浴、大气压计的使用。 二、实验原理 氨基甲酸 铵是合成尿素的中间体，白色固体，很不稳定，加热时按下式分解：
好液体石蜡的等压计连好，再按图示装好。
3. 测量
调节恒温槽温度为 25℃。开启真空泵，将系统中的空气排出，约 1min 后，
关闭二通活塞，然后缓缓开启三通活塞，将空气慢慢分次放入系统，直至等压计两边液面处 于水平时，立即关闭三通活塞，若 5min 内两液面保持不变，即记下低真空测压仪的读数， 即是氨基甲酸胺分解的平衡压力。 4. 重复测量 验。 5. 升温测量 分解压力。 6. 复原 实验完毕，将空气放入系统中至测压仪读数为零，切断电源、水源。 调节恒温槽温度，用同样的方法继续测定 30℃、35℃、40℃、45℃时的 重复步骤 3 操作，如果两次测定结果差值小于 0.2kPa，可进行下一步实
θ θ
NH 3 COONH 4 s 2 NH 3 g CO2 g
根据化学势判据，分解达到平衡时，反应的标准平衡常数 Kθ为：
（9.1）
p NH 3 g K p

2
p CO . 2 p
2 p NH . p CO2 p 3 G
斜率 K=-21765
∵
r H m / R = 21765 K H ∴ r m = 21765*8.314 = 180.95*103KJ/mol
∴ 查阅资料知 25℃氨基甲酸铵分解的ΔrHӨ m =159.32kJ/mol，实验结果偏大 故相对误差=|159.32-180.95|/159.32=0.1358=13.58% 当 T=298.17K 时 △G= -RTlnK = -2.25*104 J/mol △S=（△H-△S）/T = (1.81*105-2.25*104)/298.17 = 531.60J/mol
（9.8a）
或
lg K
(9.8b)
式中 C 和 C’为积分常数。

r Hm 1 用 ln K 对 作图，得一直线如（图 9.1）所示，直线斜率 m ,由斜率可计算出： T R r Hm mR r Gm RT ln K r Hm r Gm T
p NH 2COONH 4 s << p NH 3 g ,
系统的总压等于 p NH 3 g , p CO2 g 之和，即：
p NH 2COONH 4 s << pCO2 g ,
P总 p NH 3 g pCO2 g
（9.4）
CO2 g ，则:
r Sm
LnK
θ
图 9.1 lnKθ～1/T 图 K/T
三、实验仪器、试剂 仪器：实验装置一套（如图 9.2 所示） ；氨基甲酸铵（自制）: U 型压差计；.玻璃钢水浴； 加热器；搅拌器；等压计；温度计；感温元件；缓冲瓶；三通旋塞；毛细管；温度指示控制 仪。
图 9.2 氨基甲酸铵分解平衡常数测定实验装置图 试剂：氨基甲酸铵、液体石蜡
从化学反应计量式可知，1 摩尔 NH 2 COONH 4 s 分解生成 2 摩尔 NH 3 g 和 1 摩尔
p NH 3 g , =
将上述关系代入（9.3）式，
2 p总 ； 3
2
p CO2 g =
1 p总 ； 3
2 1 4 3 K P p总 Nhomakorabea . p总 p总 3 3 27
六、结果与讨论 1 . 误差分析: 实验所测得的△Hm 比理论值大，误差产生的主要原因有：开始时系统中空气未完全被抽净； 通入空气过量，使读数时液柱未相平，外侧液柱高于内侧液柱；测压仪读数不稳定造成读数 误差。 实验讨论： 1、如何检查系统是否漏气？ 答： 关闭真空泵， 关闭阀门， 观察平衡常数测定仪的示数是否变化， 若变化则说明系统漏气， 若变化过快，则需要检查装置重新抽气。 2、为什么要抽净小球泡中的空气？若系统中有少量空气，对实验结果有何影响？ 答：需要测定的只是的反应产生的气体的压力，即氨气和二氧化碳的总压，所以空气排除得 越干净，得到的数据结果就越准确。如果系统中有少量空气，得到的蒸气压数据就会偏大， 平衡常数就会偏大。 3、如何判断氨基甲酸铵分解已达平衡？ 答：U 型等压计两臂的液面无论是否等高，在 1min 内，液面不再变化即可认为反应体系已 达平衡。 4、根据哪些原则选用等压计中的密封液？ 答：应选用蒸气压很小，密度小，粘度小且不与系统中物质发生化学作用的液体。
将（9.5）式代入(9.2)式，得标准平衡常数为：
（9.5）
K
4 3 P总 p 27

3
（9.6）
因此，化学反应达到平衡时，测量系统的总压强 p总 , 由 p总 计算出 K P ，进而计算出 标准平衡常数 K 。 由化学反应等压方程可知，标准平衡常数与温度的关系为：
r Hm RT 2 P
四、实验步骤 1. 检漏 按图所示安装仪器。将烘干的小球和玻璃等压计相连，开动真空泵，当测压
仪读数约为-94kPa～-95kPa，关闭三通活塞。检查系统是否漏气，待 10min 后，若测压仪读 数没有变化，则表示系统不漏气，否则说明漏气，应仔细检查各接口处，直到不漏气为止。 2. 装样品 确定系统不漏气后，取下干燥的球状样品管装入氨基甲酸铵粉末，与已装