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1、实验报告实验报告 课程名称： _中级化学实验_指导老师： _王永尧_成绩： _ 实验名称： _氨基甲酸铵分解反应平衡常数的测定_实验类型： _同组学生姓名： _ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 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、 测定各温度下的氨基甲酸铵的分解压力， 从而计算相应个温度下分解反应的平衡常数 Kp 以及其它有关的热力学常数。 二实验原理 氨基甲酸铵(NH2COONH4)是合成尿素的中间产物
2、，不稳定，加热易发生如下的分解反 应： NH2COONH4(s) 2NH3（气）+CO2（气） 该反应是可逆的多相反应，若不将分解产物从体系中移走，则很容易达到平衡，标准平 衡常数 K可表示为： K= PNH3 P2PCO2 P式中，PNH3、PCO2分别为平衡时 NH3和 CO2的分压;P为 1100KPa。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=PNH3+PCO2，称为反应的分解压力，从 反应的计量关系知：PNH3=2* PCO2，则有PCO2=1/3P总 ,PNH3=2/3P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: K= 2 3(P
3、总P)2 13P总P=427P总P3温度对标准平衡常数的影响可用下式表示： dlnK dT=rHmRT2式中，rHm为等压下反应的标准摩尔焓变即标准摩尔热效应，在温度范围不大时rHm可视 为常数，由积分得： lnK= rHmRT+ C 以 lnK 对 1/T 作图，应得一直线，斜率S=rHmR，由此算得rHm =RS。 反应的标准吉布斯函数变化rGm与标准平衡常数 K的关系为: rGmRTlnK 用rHm和rGm可近似地计算该温度下的标准熵变rSm: rSm=(rHmrGm)/T 因此,由实验测出一定温度范围内不同温度 T 时的氨基甲酸铵的分解压力(既平衡总压), 可分别求出标准平衡常数K及热
4、力学函数rSm、rHm及rGm。 三、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 专业：_应用化学_ 姓名：_洪俊杰_ 学号：_3070601067_ 日期：_10.16_ 地点：_ 试剂：氨基甲酸铵 图 1 等压法测分解压装置示意图 四、实验步骤 1、检漏。 2、装样。 （实验室已完成） 3、 测量： 将等压计小心与真空系统连接好， 并固定在恒温槽中， 调节恒温槽的温度为 25，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，小心调节，直至等压计 U 型管两臂硅油齐平持续约 5min，记录读数。 4、重
5、复测定：再次抽气 15min，然后重新测定读数，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、45、50的反应体系压力。测量的方式可以采用边升温边放气，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。 恒温后， 使 U 型管中硅油能持续平衡约 5min， 记录读数。 6、系统复原。 五、数据记录与处理 室温：27.7C 大气压：101.92KPa 气压的校正：查表得，气压计的温度校正值为：-0.461KPa，纬度较正值为：-0.136KPa，仪器校正与海拔高度校正
6、较小，此处忽略。 大气压校正得：101.32Kpa 恒温槽温度浮动在0.1 表 1 实验数据记录表 温度/ 测压仪读数/KPa 103K/T 分解压/KPa 104K lnK 25 -92.23 3.354 9.094 1.144 -9.076 25 92.08 3.354 9.224 30 -87.86 3.299 13.464 3.616 -7.925 35 -79.93 3.245 21.394 14.507 -6.536 40 -71.12 3.193 30.204 40.823 -5.501 45 -59.41 3.143 41.914 109.089 -4.518 用 origin
7、 软件以lnK对 1/T 作直线，得到图 2 图 2 lnK-1/T 线性回归图 3.153.203.253.303.35-9-8-7-6-5-4lnK103K/TlnK=-21.871*103/T+64.298R2=0.9981由图的斜率可以算出标准摩尔热效应rHm=21871*8.314=181.84KJmol-1。 六、实验结果与讨论 1、不同温度下的分解压与平衡常数 表 2 不同温度下的分解压与平衡常数 温度/ 实验分解压/KPa 理论分解压/KPa 实验平衡常数 理论平衡常数 25 9.159 11.73 1.144*10-4 2.40*10-4 30 13.464 17.07 3.
8、616*10-4 7.37*10-4 35 21.394 23.80 14.507*10-4 19.97*10-4 40 30.204 32.93 40.823*10-4 52.90*10-4 45 41.914 45.33 109.089*10-4 138.0*10-4 由于该反应为吸热反应， 会随着温度的升高， 反应速率变快， 所以在 25和 30的时候， 平衡需要的时间很长，由于过早地判定平衡，导致实验得到的分解压小于理论分解压，同时 由于此时的分解压较小，所以分解压较小的误差会导致平衡常数较大的误差。 2、25时氨基甲酸铵分解反应的rSm、rHm及rGm。 表 3 25时氨基甲酸铵分解
9、反应的rSm、rHm及rGm热力学函数 rHm/ KJmol-1 rSm/ Jmol-1K-1 rGm/ KJmol-1 实验值 181.84 22.50 534.43 理论值 172.21 20.88 465.84 七、讨论与心得 这个实验的关键是气压计和温度的控制。首先由于反应对温度十分敏感，温度必须控制 在 t0.1的区间内。其次在抽真空时，一定要把反应体系内的空气抽干净，在随后的气压 计调节过程中， 一定要小心， 不能让空气进入反应体系， 最后， 必须耐心地等待平衡再读数， 尤其是在温度较低时。 思考题 1 如何检查系统是否漏气？ 对接好的系统开动真空泵，抽真空，几分钟后，关闭旋塞，停
10、止抽气，待 10 分钟，压力 计读数不变，则表示系统不漏气。 2 什么叫分解压，氨基甲酸铵分解反应是属于什么类型的反应？ 分解压是化合物分解时分解产物和化合物产生的总压力。氨基甲酸铵分解反应属固 体分解为气体的吸热的反应。 3 怎样测定氨基甲酸铵的分解压力？ 本实验测定氨基甲酸的分解压力使用的是自动气压计，将气压计与密闭系统连接，便可 直接读数。通过通入细微气体调节 U 形管内硅油左右液面相平来达到系统气压相等，然后 测量。 4 为什么要抽净小球泡中的空气？排不净行不行？ 我们需要测定的是纯粹的反应产生的气体的压力，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
11、气压数据就会偏大，平衡常数就会偏大。 5 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？ 等压计 U 形管两臂硅油面 10 分钟内齐平不变，则分解已达平衡。没有平衡就测数据， 压力将偏小，平衡系数偏小。 6 如何选用等压计密封液？根据哪些原则？ 等压计密封液必须是高沸点的，比重较大的，难蒸发的，不会和反应物发生反应的，无 腐蚀性的。 7. 当使空气通入系统时，若通得过多有何现象出现？怎么克服？ 如果反应体系漏入空气（有气泡进入） ，则必须重新抽完全重新做。如果只是液面高低无 法平衡，开启真空泵抽掉少量空气即可。 8.引起误差的主要原因？ 有： （1）系统温度的波动； （2）反应没有平衡就测数据； （3）系统漏气； （4）U 形管两 臂硅油面不平齐（5）开始抽真空时，留有残余空气； （6）逐次升温时，反应系统气体 通过硅油臂，使系统物质减少，或是外部空气进入，使系统物质增加。 参考文献： 1. 兰式化学手册 第十五版 2. 复旦大学 物理化学实验 第三版 高等教育出版社
