实验9 氨基甲酸铵分解反应标准平衡常数的测定.doc

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1、第 次课 4 学时本次课题（或教材章节题目）：实验9 氨基甲酸铵分解反应标准平衡常数的测定教学要求：理解氨基甲酸铵分解反应标准平衡常数测定的基本原理，掌握真空泵、恒温水浴、等压计、大气压计的操作方法，能够使用分解压力求解标准平衡常数、标准摩尔反应焓变、标准摩尔反应吉布斯函数变和标准摩尔反应熵变。 重 点：掌握使用等压法测定系统平衡压力及标准平衡常数、标准摩尔反应焓等计算方法。 难 点： 等压计U型管两壁汞高差的调节；温度的调节和化学平衡时间的控制。教学手段及教具： 演示讲授，实际操作。讲授内容及时间分配：演示讲授实验原理、实验步骤及注意事项、数据处理 0.5h学生实验操作 3.5h课后作业对实

2、验数据进行处理，完成实验报告各项内容。参考资料1河北科技大学物理化学教研室编，物理化学实验，北京理工大学出版社，20052复旦大学等，物理化学实验，高等教育出版社，19933张世民.一般反应的平衡移动. 化学通报, 1996, 2, 494陈景祖等.实验平衡常数K与标准平衡常数K. 大学化学, 1994, 4, 23实验9 氨基甲酸铵分解反应标准平衡常数的测定一 实验目的1. 掌握一种测定系统平衡压力的方法等压法；2. 测定不同温度下氨基甲酸铵的分解压力；3. 计算相应温度下该分解反应的标准平衡常数、标准摩尔反应焓变rHm、标准摩尔反应吉布斯函数变rGm及标准摩尔反应熵变rSm；4. 掌握真空

3、泵、恒温水浴、大气压计的使用。二 实验原理 氨基甲酸铵是合成尿素的中间体，白色固体，很不稳定，加热时按下式分解： （9.1） 根据化学势判据，分解达到平衡时，反应的标准平衡常数K为： （9.2）式中： （9.3）分别为平衡系统中、和的平衡分压；为反应式中各气体物质计量系数之和，产物的为正，反应物的为负。 因为一定温度下， 固体物质的蒸气压具有定值，与固体的量无关， 因此，平衡系统中氨基甲酸铵的分压是常数，与平衡常数合并，故在（9.2）式中不出现。 因为温度不高时，固体物质氨基甲酸铵的分压 系统的总压等于之和，即： （9.4）从化学反应计量式可知，1摩尔分解生成2摩尔和1摩尔，则: =； =；将

4、上述关系代入（9.3）式， （9.5） 将（9.5）式代入(9.2)式，得标准平衡常数为： （9.6）因此，化学反应达到平衡时，测量系统的总压强, 由计算出，进而计算出标准平衡常数。 由化学反应等压方程可知，标准平衡常数与温度的关系为： (9.7) T绝对温度，K； ，当温度在不太大的范围内变化时，可视为常数.对(9.7)式进行不定积分得： （9.8a）或 (9.8b)式中C和C为积分常数。用作图，得一直线如（图9.1）所示，直线斜率,由斜率可计算出： LnK K/T 图9.1 lnK1/T 图三 仪器和药品 实验装置一套（如图9.2所示）；氨基甲酸铵（自制） 图9.2氨基甲酸铵分解平衡常数测

5、定实验装置图1.U型压差计；2.玻璃钢水浴；3.加热器；4.搅拌器；5.等压计；6.温度计； 7.感温元件；8.缓冲瓶；9.三通旋塞；10.毛细管；11.温度指示控制仪（背面示意）。 四 实验步骤 1检漏检查并确认装有药品的等压管已经与系统连接好，旋转三通旋塞使系统与真空系统接通，启动真空泵，能将系统压力减小到700mmHg真空度，可认为系统密闭性良好。真空泵的使用开关的时候，都要和大气相通！关的时候，容易倒吸。2. 调温调整温度指示控制仪，控制恒温水浴的温度在25.00左右，恒温15分钟。温度控制仪的使用（1）温度控制仪液晶面板上左边是目标温度，右边是当前温度（有误差，根据水银计温度确定）例

6、如：当前温度是20，水银计温度是18，误差是2，那么要升高到温度25，如何调节目标温度呢？应该是：25227（2）如何调节温度？1) 设置先10位，只能增加不能减小，如果减小一直增大到下一个循环；2) 移位个位；3) 移位小数点后边，停止或者按再一下设置4) 然后按加热，运行3. 检纯及测量在真空泵运行的状态下，使系统与真空系统连通抽气，约15分钟后。抽的越好，做的就越准确。因为可以把体系的空气和残留气体抽出来。旋转旋塞，使系统与真空系统隔开，再缓缓调节旋塞，使空气经毛细管进入系统（给系统增压），直至连接小玻璃泡的等压计的U型管两壁中的汞面平齐，立即关闭旋塞。观察汞面高度变化，这个过程往往经过

7、34次调节，每次调节完成后观察23分钟，若汞面发生变化则继续调节。大约10分钟左右达到平衡，若等压计中汞面保持5分钟不变。则同时读取U型压差计上的汞高差、恒温槽温度、大气压。注意事项：同时读三个数据 (1) 温度，指水银计温度，精确到小数点后1位（2）压力差（3）大气压在真空泵运行且未与大气相通的状态下，再旋转旋塞将系统与真空系统接通，继续排气5分钟，按上述方法重新测定25时的分解压力，如果两次测量结果相差2毫米汞柱，可以进行第二个温度（30）下分解压力的测定。夏天，室温高于25时，从高于室温1开始测量。每隔5测量一组数据，共测量6组数据（253035404550）。每调整到一个新的温度，温度

8、都要恒定10分钟，然后从毛细管缓慢向系统放入空气，使等压计U型管两壁汞高差平齐且保持5分钟不变，再行读取数据，将读取数据记入表9.1中。注意事项：30及以后每一个温度不需要抽真空。表9.1 实验记录表温 度大气压汞 柱 高 度t/T /K左支汞高HL/mmHg右支汞高HR/mmHg汞高差H/mmHg25.5298.5101.95103364.04315.10679.1425.8298.8101.95103366.08314.07680.1530.0303.0101.93103339.57301.84641.4134.9307.9101.93103312.04265.13577.1739.931

9、2.9101.92103274.30229.44503.7445.0318.0101.97103226.38186.61412.9949.9322.9101.94103164.17129.50293.67注: 根据实验仪器的不同,压差也可以用帕斯卡表示。五 数据处理1. 校正汞高和汞高差；计算平衡压力（=大气压汞高差）；温度校正：温度会影响水银的密度和刻度标尺的长度，考虑了这两个因素之后， 得到下列校正公式： 式中： 是汞的体积膨胀系数；是黄铜的线膨胀系数。注意事项：因为本实验用的是水的压差计，单位是Pa，如果转化为mmHg，直接除以9.8就可以。2. 计算平衡常数；3. 以 作图，由斜率求；

10、4. 计算25或30时的、。5计算结果记入表9.2。表9.2 实验结果记录温 度平衡压力计 算 结 果t/T/KK/T表观压p/kPa校正压p/kPa10425.5298.50.0033511.40511.3582.170-8.435169.8498.920.9325.8298.80.11.27111.2232.090-8.471169.8498.021.0430.0303.00.003316.41616.3356.460-7.345169.8499.518.5034.9307.90.24.98024.83822.70-6.088169.8501.015.5839.9312.90.34.760

11、34.53461.02-5.099169.8500.413.2745.0318.00.46.90946.565149.6-4.202169.8499.211.1149.9322.90.62.78762.276357.8-3.330169.8498.38.941六 思考题1. 如何检查系统是否漏气？答：检查并确认装有药品的等压管已经与系统连接好，旋转三通旋塞使系统与真空系统接通，启动真空泵，将系统压力减小到700mmHg真空度。旋转旋塞使系统与真空系统、大气均不通气，观察U型压差计，汞高差在510分钟内不发生变化，可认为系统密闭性良好。2. 检纯的道理是什么？答：去除系统中残留的空气。3. 在实验装置中，安装缓冲瓶和使用毛细管的道理是什么？答：能更好调节平衡时的压力。4. 如何从压差计测得系统压力，直接读得的汞高为什么需要校正？答：系统压力=大气压汞高差（压差计压力），因为温度会影响压力计中汞的密度和刻度标尺的长度，另外纬度和海拔高度也会影响气压计的读数。