物理化学-实验十：氨基甲酸铵分解平衡常数的测定
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。
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平衡常数的测定 实验报告
放空气于系统中，取下小球泡。用特制的小漏斗将氨基甲酸铵粉末装入另一只盛样小
3、 测量。
球泡中，乳胶管连接小球泡和等压计，并用金属丝扎紧乳胶管两端。 （实验中已装好） 打开恒温水浴开关，设定温度为 25℃。打开真空泵，将系统中的空气排出，约
15min，关闭旋塞，停止抽气。缓慢开启旋塞接通毛细管，小心地将空气逐渐放入系统， 直至等压计 U 形管两臂硅油齐平，立即关闭旋塞，观察硅油面，反复多次地重复放气操 作，直至 10min 内硅油面齐平不变，即可读数。
（Van't Hoff）在这一方面也做了一定的贡献。首先，霍斯特曼在研究氯化铵的升华过程中 发现，在热分解反应中，其分解压力和温度有一定的关系，符合克劳修斯-克拉佩龙方程 （Clausius–Clapeyron relation） ：
dP Q dt T V ' V
其中 Q 代表分解热， V 、 V ' 代表分解前后的总体积。 于是范霍夫依据上述方程式导出的下式：
二、 实验原理[6]
氨基甲酸铵是是合成尿素的中间产物，白色固体，不稳定，加热易发生如下的分解反 应：
2 NH 3 g CO 2 g NH 2COONH 4 s
则很容易达到平衡，标准平衡常数 K可表示为：
该反应是可逆的多相反应。若将气体看成理想气体，并不将分解产物从系统中移走，
解释化学反应的方向性（也是氧弹量热学的创始人） 。他们认为，反应热是反应物化学亲合 力的量度，每个简单或复杂的纯化学性的作用，都伴随着热量的产生。M.贝特洛更为明确 地阐述了与这相同的观点，并称之为“最大功原理” ，史称“汤姆森-贝特洛原理”
（Thomsen-Berthelot principle） 。他认为任何一种无外部能量影响的纯化学变化，向着产生 释放出最大能量的物质的方向进行。他认为有以下关系：
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．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。
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p
s <8.5kPa。
三．注意事项
四．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？。
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 m ΔΔΔG 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所示。
氨基甲酸铵分解反应标准平衡常数的测定
氨基甲酸铵分解反应标准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化⼯095 姓名陈茜茜序号 09402010501 同组姓名孙彬芳、黄云指导⽼师蒋仲庆、罗利娟实验⽇期 2011.3.16实验名称实验三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是⽩⾊固体，很不稳定，其分解反应为：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: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（1）式得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 CRT -?=+（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（5-24），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 ?=- （5-25） r m r m r m G H T S ?=?-? （5-26）三、实验仪器、试剂仪器：循环⽔泵、低真空数字测压仪、等压计、恒温槽、样品管试剂：氨基甲酸铵、液体⽯蜡实验装置图1——缓冲瓶 2——减压瓶 3——测压仪 4——等压计 5——样品管 6——加热器 7——搅拌器 8——⽔银接触温度计 9——1/10刻度温度计 10、11、12、13——活塞四、实验步骤 1．搭好装置。
氨基甲酸铵分解反应平衡常数的测定
实验二氨基甲酸铵分解反应平衡常数的测定1前言1.1实验目的1)用等压法测定氨基甲酸铵的分解压力。
2)通过测得的分解压力求得氨基甲酸铵分解反应的平衡常数，并计算Δr H ，Δr G (T )，Δr S (T )等与该反应有关的热力学常数。
1.2实验原理氨基甲酸铵（NH 2COONH 4）是白色固体，是合成尿素的中间体，研究其分解的反应是具有实际意义的。
【1】NH 2COONH 4不稳定，易发生分解反应： 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：⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡= p p p p K 2CO 23NHp(1) 式中，P NH 、P CO 分别表示反应温度下NH 3和CO 2平衡时的分压；p 为标准压。
在压力不大时，气体的逸度近似为1，且纯固态物质的活度为1，体系总压p ＝p NH ＋p CO 。
【2】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：2m pd ln d RTH TK r∆=(4) 式中，T 为热力学温度；Δr H 为标准反应热效应，R 为摩尔气体常量。
氨基甲酸铵分解反应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。
当温度在不大的范围内变化时，Δr H 可视为常数，由(4)式积分得：C RTH Kr +∆-=m pln (C 为积分常数)(5)若以ln K 对1/T 作图，得一直线，其斜率为-Δr H /R 。
由此可求出Δr H 。
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 ，Δr G ＝－RT ln K (6)利用实验温度范围内反应的平均等压热效应Δr H 和T 温度下的标准吉布斯自由能变化Δr G ，可近似计算出该温度下的熵变Δr STG H S r r rmm m∆-∆=∆(7)因此通过测定一定温度范围内某温度的氨基甲酸铵的分解压(平衡总压)，就可以利用上述公式分别求出K ，Δr H ，Δr G (T )，Δr S (T )。
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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。
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
试剂：氨基甲酸铵（固体粉末）。
仪器：空气恒温箱，样品瓶，汞压力计，硅油零压计，机械真空泵，活塞等。
四、实验步骤
1. 按图10-1的装置接好管路，并在样品瓶A 中装入少量氨基甲酸铵粉末。
2. 打开活塞1，关闭其余所有活塞。
然后开动机械真空泵，再缓慢打开活塞5和4，
使系统逐步抽真空。
约5min 后，关闭活塞5、4和1。
3. 调节空气恒温箱D 温度为（25.0±0.2）℃。
4. 随着氨基甲酸铵分解，零压计中右管液面降低，左管液面升高，出现了压差。
为了
消除零压计B 中的压差，维持零压，先打开活塞3，随即关闭，再打开活塞2，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。
再关闭活塞2，打开活塞3，如此反复操作，待零压计中液面相平且不随时间而变，则从U 形汞压力计上测得平衡压差t p ∆。
注意：①不可将活塞2、3同时打开，以免压差过大而使零压计中的硅油冲入样品瓶。
②若空气放入过多，造成零压计左管液面低于右管液面，此时可打开活塞5，通过真空
泵将毛细管F 抽真空，随后再关闭活塞5，打开活塞4。
这样可以降低零压计左管上方的压力，直至两边液面相平。
5. 将空气恒温箱分别调到30℃、35℃、40℃，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，必须先打开活塞6，再关闭真空泵（为什么？），然后打开活塞1、2、3，
使系统通大气。
7. 测得大气压所使用的方法见本书附录。
五、数据处理
1． 将测得的大气压和U 形汞压力计的汞高差t p ∆进行温度校正。
求不同温度下系统的
平衡总压p ：
p p p =-∆大气并与如下经验式计算结果相比较：6313.5ln 30.5546p T -=+。
式中p 的单位为Pa 。
2． 计算各分解温度下K 和r m G ∆。
3． 以ln K 对1/T 作图，由斜率求得r m H ∆。
4． 按式（5）计算r m 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有何影响？
2． 为何要对汞压力计读数进行温度校正？若不进行此项校正，对平衡总压的值会引入
多少误差？
3． 装置中毛细管E 与F 各起什么作用？为什么在系统抽真空时必须将活塞1打开？
负责会引起什么后果？
4． 本实验为什么要用零压计？零压计中液体为什么选用硅油？
七、进一步讨论
1． 由于NH 2COONH 4易吸水，故在制备及保存时使用的容器都应保持干燥。
若
NH 2COONH 4吸水，则生成（NH 4）2CO 3和NH 4HCO 3，就会给实验结果带来误差。
2． 本实验的装置与测定液体饱和蒸气压和蒸汽压的装置相似，故本装置也可用来测定
液体的饱和蒸汽压。
3． 氨基甲酸铵极易分解，所以无商品销售，需要在实验前制备方法如下：在通风柜内
将钢瓶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即附着氨基甲酸铵的白色结晶。
4． 为避免使用汞的麻烦，本实验可用负压传感器代替U 形汞压力计。
5．。