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：NH2CO2NH4 （固）=2NH3 （气）+CO2（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 o 示为：pp1）K =［矿］2十式中，PNH和Pco分别表示反应温度下NH3和CO2的平衡分压，P为标准压力,3 2 3 2O2 1 p =一 p p =- p通常选为lOOkPa设平衡总压为p,贝y NH3 r ； —2 3"代入式（1）：2)K = (2 —)2(LL ) = —(― )3o 3 P 3 P 27 P因此测得O 0 0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o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：lnK+ CRT °3)式中，ArHm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O根据式（3）,只要测出几个不同温度下的，以InK对1/T作图，由所得直线的o斜率即可求得实验温度范围内的ArHmO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ArGm和O标准摩尔熵变ArSm :OA G =- RT ln K （4）r mO OA G = A H — TA S （5）r m r m r mO O O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、仪器与试剂仪器装置如图1所示化学纯氨基甲酸铵，硅油图 1 等压法测分解压装置1——U 型汞压计；2——等压计；3——液封；4——氨基甲酸铵；5，6，7——旋塞 8——毛细管；9，10——缓冲瓶；11——厚壁胶管四、实验步骤1. 按图示的装置接好管路，将烘干的等压计2与真空胶管11接好，活塞7 与真空泵相连接，检查体系是否漏气确定不漏气后，在盛样小球中装 入少量氨基甲酸铵粉末在 U 型管中加入适量硅油作液封2. 将等压计小心与真空胶管连接好，然后把等压计固定于恒温槽中调节 恒温箱温度为(25.0 ± 0.05 )°C3. 打开活塞 6 和 7，关闭活塞 5然后开动机械真空泵，将体系中的空气抽 出约 10min 后，关闭活塞 6、7，停止抽气。
4. 随着氨基甲酸铵分解，等压计中右管液面降低，左管液面升高，出现了 压差为了消除等压计中的压差，维持等压，打开活塞5，此时毛细管8 中的空气经过缓冲瓶9降压后进入体系，直至等压计U型管两臂液面齐 平时，立即关闭活塞如此反复操作，待零压计中液面相平且不随时间 而变，则读取U形汞高差、大气压测得平衡压差pt及恒温槽的温度5. 将空气恒温箱分别调到30C、35C、40C、45C、50C，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. 实验结束后，将空气放入体系至汞高差接近为零时，取下等压计，将盛样小球洗净、烘干备用以InK对1/T作图如下，所得直线斜率就是所求温度范围内G五、实验数据记录及处理表一 不同温度下平衡压差的记录温度t /°c28.0130.0135.0040.0045.00△p/kPa-84.17-81.44-74.81-65.38-52.84t/c1/T△ppKlnKA Hr mGA Gr mcA Sr mn28.013.32X10-3-84.1717.1557.48X10-4-7.20-1.52X1041.80X104110.2430.013.30X10-3-81.4419.88511.65X10-4-6.76-1.52X1041.70X104106.2135.003.25X10-3-74.8126.51527.62X10-4-5.89-1.52X1041.51X10498.3340.003.19X10-3-65.3835.94568.80X10-4-4.98-1.52X1041.30X10490.0545.003.14X10-3-52.8448.485168.86X10-4-4.08-1.52X1041.08X10481.72表二 不同温度下氨基甲酸铵的表压A Hr m0由图可求得直线斜率：m=—5・ 89—(—4.98)/ (3.30 X 10-3-3・10X 10-3)=—15167故 A rHm =-15167O当t=28・01°C时，即当 1/T=1/301.16时，由图可得lnK=-7.20根据公式AGm二—RT ln Ko oAG=A H - T A Sr mOr m r mO O得t=25C时，ArGm =-8.3145X301.16X (-7.20)=l.80X104oArSm =(-1.52—1.80) X 104/301.16=—110.240同理可得其他温度下的ArGm、ArSm 。
o o六、结果讨论与分析从实验数据作图可知，实验存在误差，分析其原因主要是实验过程中实验装 置稍微有漏气现象，从而导致测定时 U 型管液面较难达到平衡其他原因可能 是操作时也存在一定的误差。