氨基甲酸铵分解反应标准平衡常数测定

宁 波 工 程 学 院 物理化学实验报告

实验名称 氨基甲酸铵分解反应标准常数的测定

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氨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（NH 2COONH 4）是白色固体，是合成尿素的中间产物，很不稳定，NH 2COONH 4的分解反应式为：

NH 2COONH 4=== 2NH 3↑＋CO 2↑

该反应为复相反应，该反应正逆向都容易进行，在封闭体系中很容易达到平衡，其标准平衡常数可近似表示为：

⎥⎦

⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡= p p p p K 2CO 2

3NH p

(1)

式中，P NH 3、P CO 2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。 体系总压： p ＝p NH 3＋p CO

从化学反应计量方程式可知：

p p p p 3

1

322CO 3NH ==

， (2)

将式(2)代入式(1)得：

3

2

p

274332⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=

p p p p p p K （3） 因此可知，当体系达平衡后，测定其总压力p ，即可计算出平衡常数K p 温度对平衡常数的影响一般都很明显，其定量关系为：

2

m p

d ln d RT H T

K r

∆= (4) 式中，T 为热力学温度；Δr H Ө m 为标准反应热效应。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 Ө m 可视为与温度无关的常数，由(4)式积分得：

C RT

H K

r +∆-=

m p

ln (C 为积分常数)

(5)

若以ln K Ө p 对1/T 作图，应为一直线，其斜率为-Δr H Ө m /R 。

由此可求出Δr H Ө m 。在一个小的温度区间内，也可用此式计算出此温度区间的平均Δr H Ө m 。 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 Ө m ，

Δr G Ө m ＝－RT ln K Ө p (6)

利用实验温度范围内的平均等压热效应Δr H Ө m 及等温下的自由能变Δr G Ө m ，

可近似地计算出该温度下的标准熵变Δr S Ө m

T

G H S r r r

m

m m

∆-∆=∆ (7)

综上所述：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 Ө p ，Δr H Ө m ，Δr G Ө m (T )，Δr S Ө m (T )。

三、实验仪器、试剂

仪器：循环水泵，低真空数字侧压仪，等压计，恒温槽一套，样品管。 药品：氨基甲酸铵，液体石蜡。

四、实验步骤

1、读出大气压和室温。

2、检查体系气密性（老师已做），恒温槽中加水至没过样品管和等压计，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。打开真空泵，待泵运转正常后，关闭玻璃放空活塞，观察到测压仪上的读数不断减小，至低真空测定仪示数为-90 kPa 。关闭玻璃活塞，关闭真空泵，关闭进气阀。

4、测量：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（5分钟内保持不变）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。

5、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℃。用同样的方法测25℃、30℃、35℃、40℃、45℃的分解压力。

6、当5组数测完后，打开平衡阀，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、数据记录与处理

室温：12.4℃、 大气压：101.42kPa

由图可知该直线的斜率为（-4.421+8.207）/（3.143-3.354）*10-3= -17.133

×103

（1）则由-Δr HӨm/R = -17.133×103可知：

Δr HӨm=17.133×103×8.314=142.44kJ/mol

（2）查阅资料知25℃氨基甲酸铵分解的Δr HӨm=159.32kJ/mol，

故相对误差=|159.32-142.44|/159.32×100％=10.6％

（3）25℃时：Δr GӨm＝－RT ln KӨp=-8.314×298.15×(-8.207)=20.344kJ/mol （4）由△r G m0=△r Hm0—T△r S m知：

△r S m0=(△r H m0-△r G m0)/T=(142.44－20.344)/298.15=0.409K J·mol-1·K-1

六、注意事项

1、体系必须达到平衡后，才能读取数字压力计的压力差；

2、恒温槽温度控制到±0.1℃；

3、玻璃等压计中的封闭液一定要选用粘度小，密度小，蒸汽压低，并且与

反应体系不发生作用的液体。

七、结果与讨论

误差分析:

实验所测得的△H m比理论值小，但是误差不太大，误差产生的可能原因有：开始时系统中空气未完全被抽净；石蜡液体偏多，平衡点不易确定；测压仪读数不稳定造成读数误差。

讨论：

1、一定要检查系统是否漏气，方法是：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、判断氨基甲酸铵分解达平衡的标准：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。

八、思考题

思考题回答：

1、若体系有漏气的地方会发生什么现象？

答：若体系有漏气，等压计液面水平的平衡保持不住，无法测得

NH2COONH4分解的平衡压力。

2、当空气通入体系时，若通得过多有何现象出现？怎么办？

答：空气通的过多，空气会进入样品管，得到的蒸气压数据就会偏大，平衡常数就会偏大。