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

322

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。