.10等壓法測氨基甲酸銨分解平衡常數

及有關熱力學函數

一、實驗目的

(1)　掌握氨基甲酸銨的製備方法。

（2）　用等壓法測定一定溫度下氨基甲酸銨的分解壓力，並計算此分解反應的平衡常數。

（3）　根據不同溫度下的平衡常數，計算等壓反應熱效應的有關熱力學函數。

二、實驗原理

幹燥的氨和幹燥的二氧化碳接觸後，隻生成氨基甲酸銨。

2NH3（g）+CO2（g）NH2CO2NH4（s）

在一定溫度下氨基甲酸銨的分解可用下式表示：

NH2COONH4（固）2NH3(氣）+CO2（氣）

設反應中氣體為理想氣體，則其標準平衡常數K可表達為：

K=pNH3p2pCO2p（1）

式中：pNH3和pCO2分別表示反應溫度下NH3和CO2的平衡分壓；p為100kPa。設平衡總壓為p，則pＮＨ３＝２３p，

pCO2=13p，代入式（1），得到

K=23pp213pp=427pp3（2）

因此測得一定溫度下的平衡總壓後，即可按式（2）算出此溫度的反應平衡常數K。氨基甲酸銨分解是一個熱效應很大的吸熱反應，溫度對平衡常數的影響比較靈敏。但當溫度變化範圍不大時，按平衡常數與溫度的關係式，可得：

lnK=-ΔrHmRT+C（3）

式中：ΔrHm為該反應的標準摩爾反應熱；R為摩爾氣體常數；C為積分常數。根據式（3），隻要測出幾個不同溫度下的K，以lnK對1/T作圖，由所得直線的斜率即可求得實驗溫度範圍內的ΔrHm。

利用如下熱力學關係式還可以計算反應的標準摩爾吉氏函數變化ΔrGm和標準摩爾熵變：ΔrSm：

ΔrGm=-RTlnK（4）

ΔrGm=ΔrHm-TΔrSm（5）

本實驗用靜態法測定氨基甲酸銨的分解壓力。參看圖223所示的實驗裝置。樣品瓶和零壓計均裝在空氣恒溫箱中。實驗時先將係統抽空（零壓計兩液麵相平），然後關閉活塞，讓樣品在恒溫箱的溫度T下分解，此時零壓計右管上方為樣品分解得到的氣體，通過活塞2、3不斷放入適量空氣於零壓計左管上方，使零壓計中的液麵始終保持相平。待分解反應達到平衡後，從外接的U形泵壓力計測出零壓計上方的氣體壓力，即為溫度T下氨基甲酸銨分解的平衡壓力。