氨基甲酸铵分解反应标准平衡常数的测定...doc

宁 波 工 程 学 院
物理化学实验报告

专业班级 化工112 姓名 季森策 序号 11402010241
同组姓名 赵英松，王春丽，王任 指导老师付志强、姚利辉实验日期 2013.3.16
实验名称 实验三 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．用等压法测定氨基甲酸铵的分解压力并计算分解反应的热力学常数
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：
（9.1）
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：

（9.2）
式中： （9.3）
分别为平衡系统中、和的平衡分压；为反应式中各气体物质计量系数之和，产物的为正，反应物的为负。
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
<< <<
系统的总压等于之和，即：
（9.4）
从化学反应计量式可知，1摩尔分解生成2摩尔和1摩尔，则:
=； =；
将上述关系代入（9.3）式，
（9.5）
将（9.5）式代入(9.2)式，得标准平衡常数为：
（9.6）
因此，化学反应达到平衡时，测量系统的总压强, 由计算出，进而计算出标准平衡常数。
由化学反应等压方程可知，标准平衡常数与温度的关系为：
(9.7)
T—绝对温度，K；
，当温度在不太大的范围内变化时，可视为常数.对(9.7)式进行不定积分得：
（9.8a）
或 (9.8b)
式中C和C’为积分常数。
用作图，得一直线如（图9.1）所示，直线斜率,由斜率可计算出：

LnKθ

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

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 重复步骤3操作，如果两次测定结果差值小于0.2kPa，可进行下一步实验。
5. 升温测量 调节恒温槽温度，用同样的方法继续测定30℃、35℃、40℃、45℃时的分解压力。
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。
五、数据记录与处理
室温： 19.6℃ 大气压：101.01KPa
t/℃
1/T
真空度DP/Kp
分解压P/Kp
Kpy
ln Kpy
25
0.003354
-87.77
13.24
0.0003438
-7.975
30
0.003299
-83.79
17.22
0.0007565
-7.187
35
0.003245
-76.75
24.26
0.002115
-6.159
40
0.003193
-66.38
34.63
0.006153
-5.091
45
0.003143
-53.12
47.89
0.01627
-4.118
以ln Kpy~1/T作图得到如下结果：

-ΔrH/R=-19.62×10³
所以ΔrH=163.12 kJ/mol
25℃时：ΔrG＝－RT ln K=-8.314×298.15×（-7.975）=19.77 kJ/mol
△Sr=(△Hr-△Gr)/T=（163.12-19.77）/298.15=0.4808KJmol-1 K-1
六、结果与讨论
1.查阅资料知25℃氨基甲酸铵分解的ΔrH=159.32kJ/mol；本实验测得的值为ΔrH=163.12 kJ/mol，
2．本实验测量值较理论值偏大，存在一定的误差，原因可能有：
①：开始时系统中空气，未完全被抽净
②：通入空气时有气泡引入
③：测压仪读数不稳定造成读数误差；
④：等待时间不够未完全达到气液两相平衡
3.抽气时要控制抽气速度，过快会使U型管内的液体沸腾，进入反应球型管；
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。