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化学反应的平衡常数及热力学函数【变】测定
化学反应的平衡常数及热力学函数【变】测定 第 PAGE 1 页 共 NUMPAGES 5 页
一、实验目的
1、用静态法测定氨基甲酸铵在不同温度下分解反应系统的平衡总压力;
2、求氨基甲酸铵分解反应的热力学函数[变];
3、了解等压计的构造及压力的测量。
二、实验原理
对于化学反应 aA +bB = yY +zZ ,其标准平衡常数随温度的变化规律符合范特荷夫(van’t Hoff)方程:
??? (3-11)
?
?
?
当温度变化范围不大时,ΔrHm(T)可视为常量,积分式(3-11)得:
?? (3-12)
?
?
????B为积分常量。由式(3-12)可以看出,以 lnK(T)对1/T作图应为直线,斜率为,由此可求出反应的标准摩尔焓[变]ΔrHm(T)。
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?
?
?
? ??由标准平衡常数的定义得:
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?
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??? ΔrGm(T)= -RTlnK (T) (3-13)
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??由 ΔrGm(T)=ΔrHm(T)- TΔrSm(T)
?
?
? 得 ΔrSm(T)= (3-14)
?
氨基甲酸铵的分解反应为:
NH2CO2NH4(s) 2NH3(g)+CO2(g) (3-15)
当反应系统建立平衡时,标准平衡常数为:
??? (3-16)
?
?
?
式中p(NH3)和p(CO2)分别为NH3(g)和CO2(g)的平衡压力,p? =100kPa。设分解反应系统的总压力为P总,由氨基甲酸铵的分解反应式(3-15)知:
p(NH3)= p总 , p(CO2)= p总
代入式(3-16)得:
???? (3-17)
?
?
?
?
实验时,将固体氨基甲酸铵放入一个抽成一定真空的容器里,在一定的温度下使其发生分解并达平衡,测出系统总压力p总,就可以按式(3-17)计算氨基甲酸铵分解反应的标准平衡常数K? ,从而计算其它热力学函数[变]。文献值:25℃时△Hm=159.32kJ/mol,
三、实验仪器及药品
真空装置一套;等压计;恒温槽;调压器一台;放大镜一只;数字式大气压力计; 氨基甲酸铵;硅油或石蜡油。
图3-
图3-13 静态法测定氨基甲酸铵分解压装置简图
1 数字式低真空压差仪;2 等压计;3 氨基甲酸铵瓶;4 油封;5 恒温槽;6 稳
压管7 搅拌器;8温度计;9调节温度计;10 加热器;11 真空泵;12 真空泵
电机;13 电机开关;14 加热用调压器;a 三通活塞;b 抽气阀;c 压力调节阀
b
三通活塞a的
A、B位置
A B
四、实验步骤
1.将氨基甲酸铵放入瓶3中并按图3-13连接好等压计2,开启恒温槽使槽温恒定在30℃;
2.将三通活塞a置于位置A、打开抽气阀b、关闭压力调节阀c,开动真空泵抽真空,使压差仪的压差在500kPa,观察等压计内通过油封有气泡冒出,持续抽空15min以上;
3.关闭抽气阀b,将三通活塞a置于B位,停止抽气,切断真空泵电源。此时氨基甲酸铵将在298K温度下分解。
4.微微开启压力调节阀c,将空气放入系统中,直至等压计U-型管的两臂油封液面保持在同一水平且在10min内不变。读取压差仪的压差、大气压力计压力及恒温槽温度,计算分解压。
5.检查氨基甲酸铵瓶内的空气是否排净:关闭二通阀b和c,三通活塞a置于A位,抽空2min,然后开启抽气阀b继续排气5min,关闭阀b,停泵。重新测量298K下氨基甲酸铵的分解压并与4中测的相比较,若两次测量结果相差小于260~270Pa,可以进行下一温度下分解压的测量。
6.依次将恒温槽温度升至32、34、36、38、40、42和44℃,测量每一温度下的分解压。在升温过程中应该注意通过压力调节阀c十分缓慢的向系统中放入适量空气,保持等压计的两臂油封液面水平,既不要使氨基甲酸铵瓶3里的气体通过油封冒出,更不要让放入的空气通过油封进入氨基甲酸铵瓶。
7.结束实验:关闭恒温槽搅拌电机及继电器的电源;缓慢地从压力调节阀c向系统中放入空气,使空气以不连续鼓泡的速度通过等压计的油封进入氨基甲酸铵瓶中。
五、实验数据记录与处理
始 温度:36.2℃
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