分解反应平衡常数的测定

精品文档 1欢迎下载 实实验验报报告告 课程名称 大学化学实验 P 指导老师 成绩 实验名称 分解反应平衡常数的测定 实验类型 测量型实验 同组学生姓名 无 实验目的实验目的 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 测定氨基甲酸铵的分解压力 计算分解反应平衡常数及有关热力学函数 实验原理实验原理 1 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 NH2COONH4 s 2NH3 g CO2 g 在常压下其平衡常数可近似表示为 1 p p p p K 2CO 2 3NH 其中 pNH pCO分别表示反应温度下 NH3和 CO2平衡时的分压 体系总压p pNH pCO 从化学反 3 2 3 2 应计量方程式可知 2 pppp 3 1 3 2 2CO3NH 将式 2 代入式 1 得 3 32 27 4 33 2 p p p p p p K 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 温度对平衡常数的影响可用下式表示 C 为积分常数 4 m lnC RT H K r 若以 ln对 1 T作图 得一直线 其斜率为 R 由此可求出 并按下式 K m H r m H r 计算T温度下反应的标准摩尔吉布斯函数变化 m G r RT ln 5 m G r K 精品文档 2欢迎下载 利用实验温度范围内反应的平均等压热效应和T温度下的标准吉布斯自由能变化 可 m H r m G r 近似计算出该温度下的熵变 m S r 6 T GH S rr r mm m 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 m H r m G r m S r 2 本实验使用等压法测分解压装置 其简图如图 1 等压计中的封闭液选用硅油 蒸汽压小且不与 系统中任何化学物质发生化学作用 本实验采用数字式低真空测压仪测定系统总压力 图 1 等压法测分解压装置简图 试剂与仪器试剂与仪器 仪器 等压法测分解压装置 数字式低真空测压仪 试剂 氨基甲酸铵 邻苯二甲酸二壬酯或硅油 实验步骤实验步骤 1 检漏 将烘干的小球泡或特制容器与真空胶管连好 开动真空泵 检查旋塞位置并使系统与真空 泵相连接 几分钟后 关闭旋塞停止抽气 检查系统是否漏气 10min 后 若数字式低真空测压 仪读数基本不变 则表示系统不漏气 2 装样品 放空气到系统中 用特制的小漏斗将氨基甲酸按粉末装入另一只盛样小球泡中 乳胶管 连接小球泡和等压计 并用金属丝扎紧乳胶管两端 3 测量 将等压计小心与真空系统连好 并固定在恒温槽中 调节恒温槽温度为 30 开启真空泵 将系统中的空气排出 约 15min 后 关闭旋塞 停止抽气 缓慢开启旋塞接通毛细管 小心地将 空气慢慢分次放入系统 直至等压计两臂硅油齐平 立即关闭旋塞 观察硅液面 反复多次地重 复放气操作 直至 2min 内硅油面齐平不变 即可读数 4 重复测量 为了检验盛氨基甲酸铵的容器内空气是否置换完全 可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测定分解压力 如两次测定结果压力差相差小于 200Pa 可进行下一步实验 精品文档 3欢迎下载 5 升温测量 调节恒温槽温度为 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 至于通过硅油鼓泡 恒温 10min 最后至 U 形管两臂硅油面齐平且保持 10min 不变 即可读测压 仪及恒温槽温度 同法测定 40 45 时的分解压 6 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 数据记录与处理数据记录与处理 1 不同温度时的氨基甲酸铵分解压测定 室温 14 5 大气压 103 07kpa 表 1 不同温度时的氨基甲酸铵分解压 t T K 13 10 1 K T 测压仪读数 kPa分解压 kPa Kln K 30 00303 153 299 86 1816 890 000714 7 245 30 00303 153 299 86 1316 940 000707 7 254 35 00308 153 245 79 0424 030 002056 6 187 40 00313 153 193 69 8133 260 005451 5 212 45 00318 153 143 57 1445 930 014354 4 244 2 ln 1 T的关系图 K 3 123 143 163 183 23 223 243 263 283 33 32 7 5 7 6 5 6 5 5 5 4 5 4 3 5 图2 lnK 1 T的关系图线 1 T 10 3K 1 lnK 精品文档 4欢迎下载 3 反应标准摩尔热效应的计算 m H r 根据 ln 1 T的关系图 该直线的斜率为 19 24 103 K 则 R 19 24 103 m H r 19 24 103 8 314 J mol 159 96 103 J mol m H r 159 96 kJ mol 查阅资料知氨基甲酸铵分解的 159 32 kJ mol m H r 相对误差 159 96 159 32 159 32 0 4 4 氨基甲酸铵分解反应的标准摩尔吉布斯函数变与熵变的计算 m G r m S r 根据公式 RT ln计算 30 时 m G r K 8 314 303 15 7 254 J mol 18 28 103 J mol m G r 18 28 kJ mol 11mm m 0 467 15 303 18 18 96 159 KmolkJ K molkJmolkJ T GH S rr r 467 11 KmolJ 分析与讨论分析与讨论 1 误差分析 实验中lnK 1 T 的线性关系十分明显 相关程度很高 求得的反应标准摩尔热效应与理论数值相 比 误差较小仅为 0 4 误差产生的原因有以下可能 1 开始时盛氨基甲酸铵的容器内空气未置换完全 我们为减小此误差 采用相同温度下的二次测 量差值法进行判断 但是不能保证空气完全排净 会对结果产生影响 精品文档 5欢迎下载 2 恒温槽的温度波动会影响氨基甲酸铵的分解压 恒温槽的温度调节过程中 会出现余热影响温 度短暂偏高的现象 致使 U 形管内液面存在波动 3 室温会对实验测量产生影响 通过温度校正可以减小误差 4 由于视差关系会使 U 形管内液面的相平存在偏差 平衡点不易确定 5 测压仪读数不稳定造成读数误差 2 实验中的相关问题分析 1 用毛细管将空气放入系统时 应该缓慢进行 如果放气速度过快或者放气量过多 使空气压力 稍稍高于分解压而不能达到平衡 此时应该重新开启真空泵片刻再进行调节 而如果发生空气 倒流 使空气进入氨基甲酸铵分解的反应瓶中 需重新进行试验 2 调节恒温槽温度时 初始设定温度应该稍低于需要温度 再缓慢升温 避免余热影响使温度超 出实验温度的现象发生 3 本次实验中 我们近似认为反应的标准摩尔热效应为常数 在 30 45 范围内不随温