氨基甲酸铵的分解反应平衡常数的测定 浙江大学

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： 氨基甲酸铵的分解反应平衡常数的测定 同组学生姓名： 无 指导老师 厉刚 一、实验目的和要求

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、实验内容和原理

氨基甲酸铵(NH 2COONH 4)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： NH 2COONH 4(s) 2NH 3（g ）+CO 2（g ）

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，则很容易达到平衡，标准平衡常数K p 可表示为：

K p =23

NH

p •2

CO

p

（1）

式中，3

NH p 、2

CO p 分别为平衡时NH 3和CO 2的分压，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＝3NH p ＋2

CO p

称为反应的分解压力，从反应的计量关系知

3NH p ＝22

CO p

则有 3

NH p ＝

3

2p 总和2

CO p ＝

3

1p 总

K p = (

3

2p 总)2

•(

3

1p 总) ＝

27

43

总

p

（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的平衡常数K p 。

平衡常数K p 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 的理想气体为标准态，100kp a 称为标准态压力。3

NH p 、2

CO p 或p 总除以100kp a 就得标准平衡常数。

Φp

K

= (

Φ

p p 总32)2

• (

Φ

p p 总31) =

27

4 (

Φ

p

p 总)3

=

315

10

274总p ⨯

温度对标准平衡常数的影响可用下式表示：

dT

K d p

Φln =

2

RT

H m △

（3）式中，

△H m 为等压下反应的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 Φp

K =－

RT

H m △+C （4）作ln Φp

K

-

T

1图应得一直线，斜率S=－

R

H m

△，由此算得△H m =－RS 。

反应的标准摩尔吉布斯函数变化与标准平衡常数的关系为：

专业： 理科1010

姓名： 陈世杰 学号： 3100102092

日期： 2012.03.5 地点：化学实验中心328

Δr G m = - RTlnK (5)

用标准摩尔热效应和标准摩尔吉布斯函数变可近似地计算该温度下的标准熵变：

Δr S m= (Δr H m-Δr G m) / T (6)

因此，由实验测出一定温度范围内不同温度T时氨基甲酸铵的分解压力（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。

等压法测氨基甲酸铵分解装置如图1所示。等压计中的封闭液通常选用邻苯二甲酸二壬酯、硅油或石蜡油等蒸气压小且不与系统中任何物质发生化学作用的液体。若它与U形汞压力计连用时，由于硅油的密度与汞的密度相差悬殊，故等压计中两液面若有微小的高度差，则可忽略不计。本实验中采用数字式低真空测压仪测定系统总压。

三、主要仪器设备

仪器：等压法测分压装置；数字式低真空测压仪（DPC-2C）；

试剂：氨基甲酸铵（自制）；硅油。

四、操作方法和实验步骤

1、检漏。检查活塞和气路，开启真空泵，抽气至系统达到一定真空度，关闭活塞11，停止抽气。观察数

字式压力测量仪的读数，判断是否漏气，如果在数分钟内压力计读数基本不变，表明系统不漏气。若有漏气，则应从泵至系统分段检查，并用真空油脂封住漏口，直至不漏气为止，才可进行下一步实验。

2、测量。打开恒温水浴开关，设定温度为（30±0.1）℃。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。

3、重复测量。再使系统与真空泵相连，在开泵1~2min后，再打开旋塞。继续排气，约10min后，如上操

作重新测定氨基甲酸铵分解压力。如两次测定结果压力差小于200Pa，可进行下一步实验。

4、升温测量。调节恒温槽的温度为35℃，在升温过程中逐渐从毛细管缓慢放入空气，使分解的气体不致

于通过硅油鼓泡。恒温10min。最后至U形管两臂硅油面齐平且保持10min不变，即可读取测压仪读数及恒温槽温度。同法测定40℃、45℃的分解压。

5、复原。实验完毕后，将空气慢慢放入系统，使系统解除真空。关闭测压仪。

五、实验数据记录和处理

室温：15.6℃；大气压：103.05kPa（15.6℃）

表一不同温度时的氨基甲酸铵分解压

温度30℃30℃35℃40℃

系统压强 kp 16.50 16.52 23.61 33.39

制作 ln K 与 1/T 的图像 30度时去两者的平均数