北京化工大学：《物理化学》课程教学资源（实验指导）氨基甲酸铵分解反应平衡常数的测定

氨基甲酸铵分解反应平衡常数的测定 页码，1/3 氨基甲酸铵分解反应平衡常数的测定 一.实验目的 1.用静态法测定一定温度下氨基甲酸铵的分解压力，求算该反应的平衡常数 2.了解温度对反应平衡常数的影响，由不同温度下平衡常数的数据，计算反应焓变： 3.进一步掌挥真空实验技术和恒温槽的调节使用。 二.实验原理 氨基甲酸铵的分解反应为： NH2 COONH,(固)一2NH,(气)+CO2(气) 纯周态物质的活度为1，在压力不太大是气体的逸度系数近似为1，故反应平衡常数K为： K,=piaPco 式中，p:、pCO:分别为平衡时NH和CO的分压，又因固体氨基甲酸铵的蒸气压可忽略不计 故体系的总压P总为： P总=pNm+pco: 称为反应的分解压力，从反应的计量关系知 pvns =2 pco: 2 1 则有 pN:=3P总和p0:=3P总 2 1 4 K,(3pe.(3pg)=27p 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K 平衡常数K,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100k即，的理想气体为标准态，100kp,称为标准 态压力。pH,、pco:或p急除以10Okp,就得标准平衡常数。 2P鱼1P总4P丝 4 K(3(3)-27 (P-27x10 P 温度对标准平衡常数的影响可用下式表示： dInke △Ha dT=RT2 式中，△H为等压下反应的摩尔焓变即摩尔热效应，在温度范围不大时△H可视为常数，由积分 得： fi1e://E:\whsy\whsy07.htm 2008-4-22

氨基甲酸铵分解反应平衡常数的测定 一．实验目的 1．用静态法测定一定温度下氨基甲酸铵的分解压力，求算该反应的平衡常数； 2．了解温度对反应平衡常数的影响，由不同温度下平衡常数的数据，计算反应焓变； 3．进一步掌握真空实验技术和恒温槽的调节使用。 二．实验原理 氨基甲酸铵的分解反应为： NH2COONH4(固) 2NH3（气）+CO2（气） 纯固态物质的活度为1，在压力不太大是气体的逸度系数近似为1，故反应平衡常数K p为： K p= • 式中， 、 分别为平衡时NH3和CO2的分压，又因固体氨基甲酸铵的蒸气压可忽略不计， 故体系的总压p总为： p总＝ ＋ 称为反应的分解压力，从反应的计量关系知 ＝2 则有 ＝ p总和 ＝ p总 K p= ( p总) 2 •( p总) ＝ 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K p。 平衡常数K p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100kpa 的理想气体为标准态，100kpa 称为标准 态压力。 、 或p总除以100kpa 就得标准平衡常数。 = ( )2 • ( ) = ( )3 = 温度对标准平衡常数的影响可用下式表示： = 式中，△Hm为等压下反应的摩尔焓变即摩尔热效应，在温度范围不大时△Hm可视为常数，由积分 得： 2 NH 3 p pCO2 pNH 3 pCO2 pNH 3 pCO2 pNH 3 pCO2 pNH 3 3 2 pCO2 3 1 3 2 3 1 27 4 3 p总 pNH 3 pCO2 Φ K p pΦ p总 3 2 pΦ p总 3 1 27 4 Φ p p总 3 15 27 10 4 p总 × dT d Kp Φ ln 2 RT △Hm 氨基甲酸铵分解反应平衡常数的测定 页码，1/3 file://E:\whsy\whsy07.htm 2008-4-22

医基甲酸铵分解反应平衡常数的测定 页码，2/3 _△Hm In K?--RT +C △H 作K.T图应得一直线，斜率S=-R,由此算得△H。=一S。氨基甲酸铵分解反应是吸热 反应，25℃时△Hm=159.32/mol,温度对平衡常数影响较大，实验时必须控制好恒温槽得温度使 灵敏度在士0.1℃之内。 三.仪器和试剂 真空系 一台)；真空系统（一套）测温测压计（一台）：恒温槽（一套）：氨基甲酸铵 (实验室自制)。 四.实验步骤 扫气戒放 团餐骆田 1.等压计A管中装入氨基甲酸铵（约占A管一半），将等压计接入真空系统。见图一。 2.试漏 实验方法与实验“静态法测定液体得饱和蒸汽压”实验相同。因本实验所需真空度较高，试漏 时要抽气至真空系统压p,<85kP。 3.确认不漏气后，在p,<85kP下继续抽气并调节恒温槽温度为(30±0.1)℃.20min后AB管上 方空间与氨基甲酸铵固体所吸附的空气已被排尽。将三通活塞的一个通道缓缓放入空气（真空系统 接通空气的接口套有橡皮管，并用夹子夹住，松紧程度要调节适当)，使空气有控制地进入真空系 统。系统压力P,逐渐增加，等压计C管液面下降，B管液面上升，至两液面暂时相平。此项操作要重 实作好这一步，后续步骤才能准确。 4.恒温槽逐渐升温，调出33℃或34℃（为练习调节恒温槽，我们规定调到整数摄氏温度）。在 升温过程中边升温边缓绥放入空气使等压计BC二液面随时接近齐平，不让分解气体从C管逸出，更 不能放进空气过多过快使空气进入B管（否则要重新抽气）·待调到所需温度后，BC液面持平2mn 以上，反应再次达到平衡，记录印，值，计算印总· 5.同法再测定2~3个温度的分解压力p总。温度间隔3~4℃。 五.数据处理 file://E:\whsy\whsy07.htm 2008-4-22

ln =－ +C 作ln - 图应得一直线，斜率S=－ ，由此算得△Hm =－RS。氨基甲酸铵分解反应是吸热 反应，25℃时△Hm＝159.32kJ/mol，温度对平衡常数影响较大，实验时必须控制好恒温槽得温度使 灵敏度在±0.1℃之内。 三．仪器和试剂 真空泵（一台）；真空系统（一套）；测温测压计（一台）；恒温槽（一套）；氨基甲酸铵 （实验室自制）。 四．实验步骤 1．等压计A管中装入氨基甲酸铵（约占A管一半），将等压计接入真空系统。见图一。 2.试漏 实验方法与实验“静态法测定液体得饱和蒸汽压”实验相同。因本实验所需真空度较高，试漏 时要抽气至真空系统压力ps <8.5kPa 。 3.确认不漏气后，在ps <8.5kPa 下继续抽气并调节恒温槽温度为（30±0.1）℃。20min后AB管上 方空间与氨基甲酸铵固体所吸附的空气已被排尽。将三通活塞的一个通道缓缓放入空气（真空系统 接通空气的接口套有橡皮管，并用夹子夹住，松紧程度要调节适当），使空气有控制地进入真空系 统。系统压力ps 逐渐增加，等压计C管液面下降，B管液面上升，至两液面暂时相平。此项操作要重 复多次才能使BC管液面最终持平，反应达到平衡。判断反应平衡需BC液面持平保持2min以上。记 录ps 值，30℃时应为17±0.5kPa 。如果超出误差范围，偏大表明空气未排尽，偏小表明未达平衡。切 实作好这一步，后续步骤才能准确。 4.恒温槽逐渐升温，调出33℃或34℃（为练习调节恒温槽，我们规定调到整数摄氏温度）。在 升温过程中边升温边缓缓放入空气使等压计BC二液面随时接近齐平，不让分解气体从C管逸出，更 不能放进空气过多过快使空气进入B管（否则要重新抽气）。待调到所需温度后，BC液面持平2min 以上，反应再次达到平衡，记录ps 值，计算p总。 5.同法再测定2～3个温度的分解压力p总。温度间隔3～4℃。 五．数据处理 Φ K p RT △Hm Φ K p T 1 R △Hm 氨基甲酸铵分解反应平衡常数的测定 页码，2/3 file://E:\whsy\whsy07.htm 2008-4-22

氨基甲酸铵分解反应平衡常数的测定 页码，3/3 1,实验数据处理表 3 4 TIC] P点PJ Kp InKp 之.作K.7阳。由直线斜率计算安验温度范图内的平约摩尔反位格△，△L,的文献值 为159.32kJ/mol. 六。思考题 1.如何检测体系是香漏气？ 2.为什么要抽净小球泡中的空气？若体系中有少量空气，对实验结果有何影响？ 3.如何判断氨基甲酸铵分解已达平衡？没有平衡就测数据，将有何影响？ 参考文献： [1]东北师范大学等校编，《物理化学实验》，第二版，高等教有出版社(1989)。 [M.J.Joncich.B.H.Solka .J.E.Bower.J Chem.Educ,44,598(1967) [3]傅献彩，沈文霞，姚天扬编，《物理化学》，第四版，高等教有出版社(1990)· file://E:\whsy\whsy07.htm 2008-4-22

1．实验数据处理表 2．作ln - 图，由直线斜率计算实验温度范围内的平均摩尔反应焓△Hm，△Hm的文献值 为159.32kJ/mol。 六．思考题 1.如何检测体系是否漏气？ 2.为什么要抽净小球泡中的空气？若体系中有少量空气，对实验结果有何影响？ 3.如何判断氨基甲酸铵分解已达平衡？没有平衡就测数据，将有何影响？ 参考文献： ［1］东北师范大学等校编，《物理化学实验》，第二版，高等教育出版社（1989）。 ［2］M．J．Joncich, B.H. Solka, J.E. Bower, J. Chem. Educ., 44, 598 (1967). ［3］傅献彩，沈文霞，姚天扬编，《物理化学》，第四版，高等教育出版社（1990）。 1 2 3 4 5 T/[℃] p总/ [kPa ] Kp lnKp Φ K p T 1 氨基甲酸铵分解反应平衡常数的测定 页码，3/3 file://E:\whsy\whsy07.htm 2008-4-22