题目

氨基甲酸铵的分解反应 实验报告

提问时间：2020-11-02

答案

　　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界反应：
　　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 可表示为：
　　系统的总压等于NH3和CO2的分压之和,从化学反应计量方程式可知：CO2分压占总压的1/3,代入上式可得：
　　根据克劳修斯-克拉培龙方程的积分式可得：
　　(在此温度范围内 视为常数)
　　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：
　　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：
　　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.
　　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
　　试剂：氨基甲酸铵；硅油
　　如图：
　　四、操作方法和实验步骤
　　1、读出大气压和室温.
　　2、打开恒温水浴开关,设定温度为25℃.
　　3、抽空：
　　打开平衡阀与进气阀,旋转玻璃活塞,使两个活塞为全通.打开氨基甲酸铵分解反应平衡常数测定仪,使单位调为Kpa,按置零键置零.打开真空泵,待泵运转正常后,关闭玻璃放空活塞,观察氨基甲酸铵分解反应平衡常数测定仪上的读数,待压力计读数与大气压相近时,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.
　　4、测量：
　　关闭平衡阀,缓慢打开平衡调节阀1放入空气,观察U型管两端液面相等（1分钟不变,因为是化学反应调平后还会动,直到不动为止）时,关闭平衡阀,记录下温度和氨基甲酸铵分解反应平衡常数测定仪上的读数.25℃下的做两次,要求每次测定的气压相差在5%以内,否则要从新做.
　　打开恒温槽上的加热开关,打开搅拌开关,设置温度比上一个温度高5℃.测定方法同上,共做4组.
　　当4组数测完后,打开平衡阀1,打开平衡阀2,打开进气阀,打开玻璃活塞,关闭恒温槽及氨基甲酸铵分解反应平衡常数测定仪电源,实验结束.
　　五、实验数据记录和处理
　　实验温度：13.4℃,大气压：102.64Kpa 169418.125
　　温度
　　（℃） 低真空测压仪示数（Kpa） 分界反应总压（Kpa） 平衡常数
　　G(J/mol) S(J•mol-1•K-1)
　　25 91.85 10.79 0.000186106 21293.1381 496.81364
　　30 86.84 15.80 0.000584343 18766.5538 496.95389
　　35 79．74 22.90 0.00177911 16224.2762 497.14051
　　40 70.60 32.04 0.00487275 13862.8561 496.74363
　　以1/T对lnK作图得到如下结果：
　　根据上图中直线斜率可得 =20375×8.315=169418.125 J/mol,氨基甲酸铵分解反应的ΔG和ΔS见数据处理中表格
　　查阅资料知25℃氨基甲酸铵分解的 =159.32kJ/mol.
　　相对误差 Er=|159.32-169.42|/159.32=6.34%
　　七、实验心得与讨论
　　1、恒温槽不必正是25.0℃,只要控制一个接近25.0℃的温度即可,但一定要保证温度波动较小.因为体系的温度变化会较大程度地改变氨基甲酸铵的分解压.
　　2、试验过程中放进空气的操作要缓慢,以避免空气穿过等压管汞柱进入平衡体系中,这也是保证试验顺利进行的重要操作之一.
　　3、为检查25.0℃时是否真正达到平衡,也为了检查小球内空气是否置换完全,要求第一次做好后,放入空气,再次抽气并调节至平衡,重复测定一次,两次测定允许误差在5%以内,若不一致还要抽气五分钟,直到两次结果一致为止.
　　【思考题】：
　　1、如何检查系统是否漏气?
　　答：关闭真空泵,关闭阀门,观察平衡常数测定仪的示数是否变化,若变化则说明系统漏气,若变化过快,则需要检查装置重新抽气.
　　2、什么叫分解压?
　　答：固体或液体化合物发生分解反应,在指定的温度下达到平衡时,所生成的气体的总压力,称为分解压.
　　3、怎样测定氨基甲酸铵的分解压力?
　　答：在真空中使氨基甲酸铵的分解达到平衡,这是系统的总压即为氨基甲酸铵的分解压.
　　4、为什么要抽净小球泡中的空气?若系统中有少量空气,对实验结果有何影响?
　　答：需要测定的只是的反应产生的气体的压力,即氨气和二氧化碳的总压,所以空气排除得越干净,得到的数据结果就越准确.如果系统中有少量空气,得到的蒸气压数据就会偏大,平衡常数就会偏大.
　　5、如何判断氨基甲酸铵分解已达平衡?
　　答：U型等压计两臂的液面无论是否等高,在1min内,液面不再变化即可认为反应体系已达平衡.
　　6、根据哪些原则选用等压计中的密封液?
　　答：应选用蒸气压很小且不与系统中物质发生化学作用的液体.
　　7、当使空气通入系统时,若通得过多有何现象出现?如何克服?
　　答：反应体系将漏入空气.因此通气速率一定要慢,如将气泡引入,重新抽完全重新做.