氨基甲酸铵分解平衡常数测定
氨基甲酸铵分解平衡常数测定
物理化学实验室
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本实验是化学平衡研究中的一个经典实 验。通常化学平衡实验的基本原则是：在一定 条件下，当系统达到化学平衡时，存在一个平 衡常数。因而，只要在系统达到化学平衡后， 对平衡系统的温度、压力、组成进行测量，则 由测量结果可计算反应的表观平衡常数。根据
o G 热力学原理可以导出平衡系统的 r m o Ho r S , m r , m
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四、实验步骤
1. 将三通活塞旋至两通位置，使数字式低真空测压仪与 大气相通，预热10分钟后按置零键，使测压仪示值为 零，将单位转换开关打到kPa。 2. 打开活塞1，关闭其余所有活塞；启动真空泵，再缓缓 打开活塞4、5，并将三通活塞缓缓旋至测压仪仅与测 压系统相通而与大气不通，使系统逐步抽真空；约5分 钟后，关闭活塞5、4。 3. 关闭活塞1，氨基甲酸铵分解速度加快，零压计右液面 开始下降，出现了压差。为了消除零压计中的压差， 维持零压，先将活塞3旋转180度，使空气进入毛细管 E，再将活塞2旋转180度，此时毛细管E中的空气经过 缓冲管G降压后进入零压计左管上方。如此反复操 作，直至零压计中液面基本相平。
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4.调节空气恒温箱温度为25.0±0.3℃（系统加热前应先 打开恒温箱内的风机。升温时加热电压为180V左右， 恒温时电压为50～100V左右。因为空气热容较小，所 以恒温精度要求为±0.3℃。) 5. 随着温度升高，零压计中右液面不断降低。按照步骤3 所述方法反复操作活塞2、3（若空气放入过多导致左 液面低时亦可按照同样方法操作活塞4、5），最终使 零压计中左右液面完全相平，且在所设定温度下不随 时间而改变，则证明氨基甲酸铵分解已达平衡，记录 下测压仪所显示的平衡总压差Δp。 6. 将空气恒温箱分别调到30℃、35℃、40℃，同上述实 验步骤操作，记录各温度下平衡总压差。 7. 先打开活塞6通大气，然后关闭真空泵。记录实验室当 前大气压。
实验三 氨基甲酸铵分解反应平衡常数的测定
宁 波 工 程 学 院物理化学实验报告专业班级 姓 名 序 号 同组姓名 指导老师 实验日期 3.13实验名称 实验三 氨基甲酸铵分解反应平衡常数的测定一、实验目的1、 掌握测定平衡常数的一种方法。
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有关热力学常数。
二、实验原理氨基甲酸铵是合成尿素的中间产物，为白色固体，很不稳定，其分解反应式为：NH 2COONH 4(s)2NH 3(g)＋CO 2(g)在常压下其平衡常数可近似表示为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡= p p p p K 2CO 23NH p(1) 其中，p NH 3、p CO 2分别表示反应温度下NH 3和CO 2平衡时的分压；体系总压p ＝p NH 3＋p CO 。
从化学反应计量方程式可知：p p p p 31322CO 3NH ==， (2) 将式(2)代入式(1)得：32p274332⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=p p p p p p K (3) 因此，当体系达平衡后，测量其总压p ，即可计算出平衡常数K p温度对平衡常数的影响可用下式表示：'mpln C RTH K r +∆-= (C ′为积分常数) (4)若以ln K Ө p 对1/T 作图，得一直线，其斜率为-Δr H Ө m /R 。
由此可求出Δr H Ө m 。
并按下式计算T 温度下反应的标准吉布斯自由能变化Δr G Ө m ，Δr G Ө m ＝－RT ln K Ө p (5)利用实验温度范围内反应的平均等压热效应Δr H Ө m 和T 温度下的标准吉布斯自由能变化Δr G Ө m ，可近似计算出该温度下的熵变Δr S Ө mTG H S r r rmm m∆-∆=∆(6)三、实验仪器、试剂1、仪器：循环水泵，低真空数字测压仪，等压计，恒温槽一套，样品管；2、试剂：氨基甲酸铵，液体石蜡。
四、实验装置图五、实验步骤1、向恒温槽中加水,直至没过样品管和等压计，调节恒温槽水温为25℃；2、打开真空泵，待泵运行正常后，关闭玻璃放空活塞，观察低真空数字测压仪的读数，等读数为-94KPa时，关闭玻璃活塞，打开玻璃放空活塞后，关闭真空泵，关闭进气阀；3、慢慢旋转与空气相连的活塞，缓慢放入空气进入体系，使U型等压计液面水平，若三分钟内液面保持水平不变，记下低真空测压仪的读数，然后关闭空气相连的活塞，再重复一次，如果两次结果相差在0.2KPa之内，则继续进行实验，若偏差较大，则第一次空气没抽净，应再重复一次；4、用同样的方法测30℃,35℃,40℃,45℃的分解压力；5、记录实验数据。
实验九氨基甲酸铵分解反应平衡常数的测定精
实验环境：确保 实验环境干净整 洁，没有尘埃和 杂物。
安全措施：确保 实验人员佩戴好 安全眼镜、实验 服等安全防护用 品。
实验操作流程
准备实验 器材和试 剂，确保 实验环境 安全
按照实验 步骤组装 实验装置， 确保气密 性良好
称取一定 量的氨基 甲酸铵样 品，放入 反应器中
开启加热 装置，使 反应温度 逐渐升高 至指定温 度
响规律。
Part Five
实验注意事项
安全注意事项
实验操作人员必 须经过专业培训， 熟悉实验操作流 程和注意事项。
实验过程中要穿 戴好防护眼镜、 实验服和化学防 护手套等个人防 护用品。
实验过程中要保 持室内通风良好， 避免长时间吸入 有害气体。
实验结束后要及 时清理实验现场， 确保实验室安全 卫生。
平衡常数的计算方法：根据实验数据，通过平衡时各组分浓度的测量，利用平衡常数的定义 进行计算。
平衡常数的物理意义：表示在一定温度下，可逆反应自发进行的方向和程度。
平衡常数的影响因素：温度、反应物和产物的浓度、压强等。
实验原理概述
氨基甲酸铵分解反 应是可逆反应，平 衡常数用于描述反 应的平衡状态。
实验通过测定反应 过程中各组分的浓 度变化，计算平衡 常数。
氨基甲酸铵分解反应平 衡常数的测定实验
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目录
01 添 加 目 录 项 标 题
02 实 验 原 理
03 实 验 步 骤
04 实 验 结 果 与 讨 论
05 实 验 注 意 事 项
06 实 验 思 考 题
Part One
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氨基甲酸铵分解平衡常数测定
氨基甲酸铵分解平衡常数测定一、实验目的1、测定氨基甲酸铵的分解压力，并求得反应的标准平衡常数和有关热力学函数；2、掌握空气恒温箱的结构。
二、实验原理氨基甲酸铵是是合成尿素的中间产物，为白色不稳定固体，受热易分解，其分解反应为2432NH COONH (s)2NH (g)+CO (g)−−→←−−该多相反应是容易达成平衡的可逆反应，体系压强不大时，气体可看作为理想气体，则上述反应式的标准平衡常数可表示为322NH CO θθθp p K p p ⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ (1)式中3NH p 和2CO p 分别表示在实验温度下3NH 和2CO 的平衡分压。
又因氨基甲酸铵固体的蒸气压可以忽略，设反应体系达平衡时的总压为p ，则有3NH 23p p =, 2CO 13p p = 代入式(1)式可得3θθ427p K p ⎛⎫= ⎪⎝⎭(2)实验测得一定温度下的反应体系的平衡总压p ，即可按式(2)式算出该温度下的标准平衡常数θK 。
由范特霍夫等压方程式可得θθr m2Δd ln d H K T RT= (3) 式中θr m ΔH 为该反应的标准摩尔反应热，R 为摩尔气体常量。
当温度变化范围不大时，可将θr m ΔH 视为常数，对式（3）求积分得θθr mΔln H K C RT=+- (4)通过测定不同温度下分解平衡总压p 则可得对应温度下的θK 值，再以θln K 对1/KT 作图，通过直线关系可求得实验温度范围内的θr m ΔH 。
本实验的关系为：4θ1.89410ln 55.18/KK T -⨯=+由某温度下的θK 可以求算该温度下的标准摩尔吉布斯自由能变θr m ΔGθθr m Δln G RT K =-由θθθr m r m r mΔΔΔG H T S =- 可求算出标准摩尔反应熵变θr m ΔSθθθr m r mr mΔΔΔH G S T-=三、实验装置和药品整套实验装置主要由空气恒温箱（图2.1中虚线框8）、样品瓶、数字式低真空测压仪，等压计，真空泵，样品管、干燥塔等组成，实验装置示意图如图2.1所示。
物理化学-实验十：氨基甲酸铵分解平衡常数的测定
实验十 氨基甲酸铵分解平衡常数的测定一、实验目的1. 掌握氨基甲酸铵的制备方法2. 用等压法测定一定温度下氨基甲酸铵的分解压力，并计算此分解反应的平衡常数3. 根据不同温度下的平衡常数，计算等压反应热效应的有关热力学函数。
二、实验原理干燥的氨和干燥的二氧化碳接触后，只生成氨基甲酸铵。
2 NH 3（g ）+ CO 2（g ） NH 2CO 2NH 4（s ）在一定温度下氨基甲酸铵的分解可用下式表示：243(2((NH COONH NH 2固)气)+CO 气)设反应中气体为理想气体，则其标准平衡常数K 可表达为22[][]co p K P P =3NH p （1） 式中，3NH p 和2co p 分别表示反应温度下NH 3和CO 2的平衡分压，P 为100kPa 。
设平衡总压为p ，则23p =3NH p ；213co p p =代入式（5-22），得到23214()()()3327P P P K P P P == （2）因此测得一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：ln r m H K C RT -∆=+ （3）式中，r m H ∆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。
根据式（3），只要测出几个不同温度下的，以ln K 对1/T 作图，由所得直线的斜率即可求得实验温度范围内的r m H ∆。
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r m G ∆和标准摩尔熵变r m S ∆：ln r m G RT K ∆=- （4）r m r m r m G H T S ∆=∆-∆ （5）本实验用静态法测定氨基甲酸铵的分解压力。
参看图10-1所示的实验装置。
样品瓶A 和零压计B 均装在空气恒温箱D 中。
实验时先将系统抽空（零压计两液面相平），然后关闭活塞1，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2、3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。
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一、实验目的1.熟悉用等压计测定平衡压力的方法。
2.测定各温度下氨基甲酸铵的分解压力，计算各温度下分解反应的平衡常数K p 及有关的热力学函数。
二、预习要求1.掌握氨基甲酸铵分解反应平衡常数的计算及其与热力学函数间的关系。
2.了解氨基甲酸铵的制备方法。
3.熟悉实验装置图，了解做好实验的关键步骤。
三、实验原理氨基甲酸铵为白色固体，很不稳定，其分解反应式为:NH 2COONH 4(s) 2NH 3(g)+CO 2(g)该反应为复相反应，在封闭体系中很容易达到平衡，在常压下其平衡常数可近似表示为:32NH CO p p p K p p ⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦(1) 式中，3NH p 、2CO p 分别表示NH 3和CO 2平衡时的分压，其单位为Pa 。
设平衡时总压为p ，由于1molNH 2COONH 4(s)分解能生成2molNH 3(g)和1molCO 2(g)，又因为固体氨基甲酸铵的蒸气压很小，所以体系的平衡总压就可以看作2CO p 与3NH p 之和，即：322NH CO p p = 则：3221,33NH CO p p p p == (2) (2)式代入(1)式得：23243327p p p p K p p p ⎛⎫⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭(3) 因此，当体系达平衡后，测量其总压p ，即可计算出平衡常数温度对平衡常数的影响可用下式表示：2ln pr m d K H dT RT∆=(4) 式中，T 为热力学温度；r m H ∆ 为标准反应热效应。
当温度在不大的范围内变化时，r m H ∆可视为常数，由(4)式积分得：ln r m pH K C RT ∆'=-+(5) 式中C ′为积分常数。
若以ln p K 对1T 作图，得一直线，其斜率为r m H R ∆- ，由此可求出r m H ∆ 。
氨基甲酸铵分解反应为吸热反应，反应热效应很大，在25℃时每摩尔固体氨基甲酸铵分解的等压反应热r m H ∆ 为159×103J·mol -1，所以温度对平衡常数的影响很大，实验中必须严格控制恒温槽的温度，使温度变化小于±0.1℃。
氨基甲酸铵的分解反应平衡常数的测定
实验报告 课程名称: 大学化学实验p 实验类型: 中级化学实验实验项目名称: 氨基甲酸铵得分解反应平衡常数得测定同组学生姓名: 无 指导老师 厉刚一、实验目得与要求１、熟悉用等压法测定固体分解反应得平衡压力。
２、掌握真空实验技术。
3、测定氨基甲酸铵分解压力,计算分解反应平衡常数及有关热力学函数、二、实验内容与原理氨基甲酸铵(NH 2COON Ｈ4)就是就是合成尿素得中间产物,白色固体,不稳定,加热易发生如下得分解反应:NH 2ＣO ＯN Ｈ4(s) ２NH 3(g)＋CO 2(g)该反应就是可逆得多相反应。
若将气体瞧成理想气体,并不将分解产物从系统中移走,则很容易达到平衡,标准平衡常数Ｋp 可表示为:K p =• (1)式中,、分别为平衡时N Ｈ３与CO ２得分压,又因固体氨基甲酸铵得蒸气压可忽略不计,故体系得总压ｐ总为:p 总＝+称为反应得分解压力,从反应得计量关系知=2则有 ＝p 总与＝ｐ总K ｐ＝ (p 总)2 •(p 总) = (２)可见当体系达平衡后,测得平衡总压后就可求算实验温度得平衡常数Ｋp 。
平衡常数Ｋp 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100kp a 得理想气体为标准态,10０k ｐa 称为标准态压力。
ﻩ、或p 总除以１０0ｋp a 就得标准平衡常数、= ()2 • () = ()3 =温度对标准平衡常数得影响可用下式表示:= (3)式中,△H m 为等压下反应得摩尔焓变即摩尔热效应,在温度范围不大时△H m 可视为常数,由积分得: ln=－+Ｃ(4)作ln －图应得一直线,斜率S=－,由此算得△H m ＝－RS 、反应得标准摩尔吉布斯函数变化与标准平衡常数得关系为:ΔｒG ｍ ＝ － RTln Ｋ(5)用标准摩尔热效应与标准摩尔吉布斯函数变可近似地计算该温度下得标准熵变:Δr S ｍ= (Δr H ｍ －Δr Ｇm ) / Ｔ(6)因此,由实验测出一定温度范围内不同温度T 时氨基甲酸铵得分解压力(即平衡总压),可分别求出标准平衡常数 及热力学函数:标准摩尔热效应、标准摩尔吉布斯函数变化及标准摩尔熵变。
氨基甲酸铵分解反应标准平衡常数的测定
一、实验目的1、掌握测定平衡常数的一种方法。
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有关热力学常数。
二、实验原理氨基甲酸铵的分解可用下式表示：24322NH COONH NH CO →↑+↑Kp=P 2 NH3 ×P CO2 （3-1）设反应中气体为理想气体，则其标准平衡常数可表达为322(/)(/)NH CO K p p p p θθθ=A 式中，3NH p 和2co p 分别表示反应温度下NH 3和CO 2的平衡分压，为100kPa 。
设平衡总pθ压为p ，则23p =3NH p ；213co p p =代入式（3-2），得到（3-3）34(/)27K p p θθ=因此测得一定温度下的平衡总压后，即可按式（3-3）算出此温度的反应平衡常数。
氨K θ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：（3-4）ln r mp H K C RTθθ∆=-+式中，为该反应的标准摩尔反应焓，R 为摩尔气体常数，C 为积分常数。
根据式r m H θ∆（3-4），只要测出几个不同温度下的，以对1/T 作图，所得直线的斜率即为ln pK θ，由此可求得实验温度范围内的。
/r m H R θ-∆r mH θ∆ 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和标准摩尔熵变r m G θ∆：r mS θ∆ （3-5）ln r m p G RT K θθ∆=-（3-6）r m r mr m H G S Tθθθ∆-∆∆= 本实验用静态法测定氨基甲酸铵的分解压力。
参看图3-1所示的实验装置。
样品瓶A 和零压计B 均装在空气恒温箱D 中。
实验时先将系统抽空（零压计两液面相平），然后关闭活塞1，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2、3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。
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氨基甲酸铵分解平衡常数测定
一、实验目的
1、测定氨基甲酸铵的分解压力，并求得反应的标准平衡常数和有关热力学函数；
2、掌握空气恒温箱的结构。
二、实验原理
氨基甲酸铵是是合成尿素的中间产物，为白色不稳定固体，受热易分解，其分解反应为
2432NH COONH (s)2NH (g)+CO (g)−−→←−−
该多相反应是容易达成平衡的可逆反应，体系压强不大时，气体可看作为理想气体，则上述反应式的标准平衡常数可表示为
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NH CO θθθp p K p p ⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭
⎝⎭ (1) 式中3NH p 和2CO p 分别表示在实验温度下3NH 和2CO 的平衡分压。
又因氨基甲酸铵固体的蒸气压可以忽略，设反应体系达平衡时的总压为p ，则有 3NH 23p p =
, 2CO 13
p p = 代入式(1)式可得 3θθ427p K p ⎛⎫= ⎪⎝⎭
(2) 实验测得一定温度下的反应体系的平衡总压p ，即可按式(2)式算出该温度下的标准平衡常数θK 。
由范特霍夫等压方程式可得
θθr m 2Δd ln d H K T RT
= (3) 式中θ
r m ΔH 为该反应的标准摩尔反应热，R 为摩尔气体常量。
当温度变化范围不大时，可将
θr m ΔH 视为常数，对式（3）求积分得 θθ
r m Δln H K C RT =+- (4) 通过测定不同温度下分解平衡总压p 则可得对应温度下的θK 值，再以θln K 对
1/K
T 作图，通过直线关系可求得实验温度范围内的θr m ΔH 。
本实验的关系为： 4
θ
1.89410ln 55.18/K K T -⨯=+ 由某温度下的θK 可以求算该温度下的标准摩尔吉布斯自由能变θ
r m ΔG
θθr m Δln G RT K =-
由
θθθr m r m r m ΔΔΔG H T S =-
可求算出标准摩尔反应熵变θ
r m ΔS
θθθr m r m r m ΔΔΔH G S T -=
三、实验装置和药品
整套实验装置主要由空气恒温箱（图2.1中虚线框8）、样品瓶、数字式低真空测压仪，等压计，真空泵，样品管、干燥塔等组成，实验装置示意图如图2.1所示。
药品：氨基甲酸铵（自制固体粉末），硅油。
图2.1 反应装置示意图
1-5： 真空活塞 6：样品瓶 7：U 形等压计
8：空气恒温箱 9：真空泵 10,11：毛细管 12：缓冲管
四、实验步骤
1. 按实验装置图连接好装置，并在样品瓶6中装入少量的氨基甲酸铵粉末。
2. 打开活塞1、4、5，关闭其余所有活塞。
打开机械真空泵，使系统逐步抽真空。
待观察到真空测压计上读数不变或变化微小后，关闭活塞4和5。
3. 调节空气恒温箱温度为25℃。
4. 缓慢关闭活塞1，随着氨基甲酸铵的分解，U 形等压计中的硅油液面出现压差，反复调节活塞2、3或4、5使U 形等压计两侧液面相等，且不随时间而变后，由温度计读取反应体系的温度、由数字式低真空测压仪读取体系的平衡压差△p t 。
5. 将空气恒温箱分别调到30.0℃、35.0℃、40.0℃，如上操作，获得不同温度下分解反应达平衡后体系的压差。
6. 实验结束后，保持所有活塞处于关闭状态后，先打开活塞2、3，再关闭真空泵。
五、数据处理
1、求出不同温度下系统的平衡总压：p=p 大气 - ∆p ，并与经验式计算结果相比较：
55.3010314.6ln 3
+⨯-=T
p （式中单位为Pa ）； 2、计算各分解温度下θK 和θm r G ∆；
3、以θK ln 对1/T 作图，由斜率求得反应焓θm r H ∆和反应熵θ
m r S ∆； 六、思考题
1、在一定温度下氨基甲酸铵的用量多少对分解压力的测量有何影响？
2、装置中毛细管10与11各起什么作用？在抽真空时为何要将活塞1打开？
七、讨论
1、由于氨基甲酸铵（NH 2COONH 4）易吸水，故在制备与保存时使用的容器都应保持干燥。
若吸水，则生成(NH 4)2CO 3和NH 4HCO 3，给实验带来误差。
2、本实验装置可以用来测定液体的饱和蒸汽压。
3、氨基甲酸铵易分解，需在实验前制备。
制备方法是：在通风橱内将钢瓶中的氨与二氧化碳在常温下同时通入一塑料袋中，一定时间后在塑料袋内壁上附着氨基甲酸铵的白色结晶。