Solicitud urgente: Informe del experimento sobre la reacción de descomposición del carbamato de amonio
1. Propósitos y requisitos experimentales
1. Estar familiarizado con el uso del método isobárico para determinar la presión de equilibrio de reacciones de descomposición sólida.
2. Dominar la tecnología de experimentos de vacío.
3. Determine la presión de descomposición del carbamato de amonio y calcule la constante de equilibrio de la reacción de descomposición y las funciones termodinámicas relacionadas.
2. Contenido experimental y principio
El carbamato de amonio es un producto intermedio en la síntesis de urea. Es un sólido blanco e inestable. Es propenso a las siguientes reacciones límite cuando se calienta. :
Esta reacción es una reacción heterogénea reversible. Si el gas se considera un gas ideal y los productos de descomposición no se eliminan del sistema, se puede lograr fácilmente el equilibrio. La constante de equilibrio estándar se puede expresar como:
La presión total del sistema es igual a. la presión parcial de NH3 y CO2 La suma de
(Considerada como una constante en este rango de temperatura)
La relación entre el cambio de la función de Gibbs molar estándar de la reacción y la La constante de equilibrio estándar es:
Utilizando el cambio estándar de la función de Gibbs molar y el efecto térmico molar se puede calcular aproximadamente el cambio de entropía estándar a esta temperatura:
Por lo tanto, la presión de descomposición de El carbamato de amonio a diferentes temperaturas T dentro de un cierto rango de temperatura se mide experimentalmente (es decir, presión total de equilibrio), la constante de equilibrio estándar y la función termodinámica se pueden obtener respectivamente: efecto térmico molar estándar, cambio de función de Gibbs molar estándar y cambio de entropía molar estándar .
3. Instrumentos y equipos principales
Instrumentos: dispositivo de medición de presión parcial mediante método isobárico; manómetro digital de bajo vacío
Reactivos: aceite de silicona de amonio <; /p>
Como se muestra en la figura:
IV. Métodos de funcionamiento y pasos experimentales
1. Lea la presión atmosférica y la temperatura ambiente.
2. Encienda el interruptor del baño de agua a temperatura constante y ajuste la temperatura a 25°C.
3. Evacuar:
Abra la válvula de equilibrio y la válvula de admisión, y gire el pistón de vidrio para que los dos pistones se abran completamente. Encienda el instrumento de medición de la constante de equilibrio de la reacción de descomposición del carbamato de amonio, ajuste la unidad a Kpa y presione la tecla cero para restablecerla a cero. Abra la bomba de vacío, espere hasta que la bomba funcione normalmente, cierre el pistón de ventilación de vidrio y observe la lectura en el instrumento de medición de la constante de equilibrio para la reacción de descomposición del carbamato de amonio. Cuando la lectura del manómetro esté cerca de la presión atmosférica, cierre el. Pistón de vidrio. Después de abrir el pistón de ventilación de vidrio, cierre la bomba de vacío. Cierre la válvula de admisión.
4. Medición:
Cerrar la válvula de equilibrio, abrir lentamente la válvula reguladora de equilibrio 1 e introducir aire, y observar que el líquido se nivela en ambos extremos del tubo en forma de U. son iguales (no cambia durante 1 minuto, porque es química. Si la reacción aún se mueve después de nivelar hasta que se detiene), cierre la válvula de equilibrio y registre la temperatura y las lecturas en el instrumento de medición constante de equilibrio de la reacción de descomposición del carbamato de amonio. Hágalo dos veces a 25°C y la diferencia en la presión del aire medida cada vez debe estar dentro de 5; de lo contrario, tendrá que hacerlo nuevamente.
Enciende el interruptor de calefacción del termostato, enciende el interruptor de agitación y ajusta la temperatura a 5°C más que la temperatura anterior. El método de medición es el mismo que el anterior y lo mejor es hacer 4 grupos.
Una vez completados los 4 grupos de mediciones, abra la válvula de equilibrio 1, abra la válvula de equilibrio 2, abra la válvula de entrada de aire, abra el pistón de vidrio, apague la alimentación del baño termostático y el Probador de constante de equilibrio de reacción de descomposición de carbamato de amonio, experimento Finalizar.
V. Registro y procesamiento de datos experimentales
Temperatura experimental: 13,4 ℃, presión atmosférica: 102,64 Kpa 169418.125
Temperatura
(℃ ) Indicación del manómetro de vacío bajo (Kpa) Presión total de la reacción límite (Kpa) Constante de equilibrio
G(J/mol) S(J?mol-1?K-1)
25 91,85 10,79 0,000186106 21293,1381 496,81364
30 86,84 15,80 0,000584343 18766,5538 496,95389
35 79,74 22,90 0 . 00177911 16224.2762 497.14051
40 70.60 32.04 0.00487275 13862.8561 496.74363
Los siguientes resultados se obtienen graficando 1/T contra lnK:
De acuerdo con la pendiente de la línea recta en la figura anterior, podemos obtener =20375×8.315=169418.125 J/mol , el ΔG y el ΔG de la reacción de descomposición del carbamato de amonio ΔS se muestran en la tabla en el procesamiento de datos
Al consultar los datos, sabemos que la descomposición del carbamato de amonio a 25 °C = 159,32 kJ/mol.
Error relativo Er=|159.32-169.42|/159.32=6.34
7. Experiencia experimental y discusión
1 El baño a temperatura constante no tiene por qué ser así. ser exactamente 25,0 ℃ Simplemente controle una temperatura cercana a 25,0 °C, pero asegúrese de que la fluctuación de temperatura sea pequeña. Porque el cambio de temperatura del sistema cambiará en gran medida la presión de descomposición del carbamato de amonio.
2. La operación de introducción de aire durante la prueba debe ser lenta para evitar que el aire pase a través de la columna de mercurio del tubo isobárico y entre en el sistema de equilibrio. buen progreso de la prueba.
3. Para comprobar si realmente se alcanza el equilibrio a 25,0 ℃, y también para comprobar si el aire de la bola se reemplaza por completo, es necesario que, después de realizar la primera prueba, se introduzca. El aire, bombee el aire nuevamente y ajústelo a la balanza. Repita la medición una vez, y el error permitido entre las dos mediciones está dentro de 5. Si son inconsistentes, bombee durante cinco minutos hasta que los dos resultados sean consistentes.
Preguntas para pensar:
1. ¿Cómo comprobar si el sistema tiene fugas?
Respuesta: apague la bomba de vacío, cierre la válvula y observe si la indicación del instrumento de medición constante de equilibrio cambia, significa que el sistema tiene fugas. Si el cambio es demasiado rápido. el dispositivo debe revisarse y bombearse nuevamente.
2. ¿Qué es la descompresión?
Respuesta: Cuando una reacción de descomposición de un compuesto sólido o líquido alcanza el equilibrio a una temperatura específica, la presión total del gas generado se llama presión de descomposición.
3. ¿Cómo medir la presión de descomposición del carbamato de amonio?
Respuesta: La descomposición del carbamato de amonio alcanza el equilibrio en el vacío. Esta es la presión total del sistema, que es la presión de descomposición del carbamato de amonio.
4. ¿Por qué necesitamos quitar el aire de la bombilla pequeña? Si hay una pequeña cantidad de aire en el sistema, ¿qué impacto tendrá en los resultados experimentales?
Respuesta: Lo que hay que medir es la presión del gas producido por la reacción, es decir, la presión total de amoniaco y dióxido de carbono. Por tanto, cuanto más limpio se extraiga el aire, más preciso será. resultados de datos obtenidos. Si hay una pequeña cantidad de aire en el sistema, los datos de presión de vapor obtenidos serán demasiado grandes y la constante de equilibrio será demasiado grande.
5. ¿Cómo juzgar que la descomposición del carbamato de amonio ha alcanzado el equilibrio?
Respuesta: No importa si los niveles de líquido en los dos brazos del isobarómetro en forma de U son iguales o no, si el nivel de líquido no cambia en 1 minuto, se puede considerar que el sistema de reacción tiene alcanzado el equilibrio.
6. ¿Qué principios se utilizan para seleccionar el fluido sellador en el isobarómetro?
Respuesta: Se debe utilizar un líquido con una presión de vapor muy pequeña que no interactúe químicamente con las sustancias del sistema.
7. Cuando se introduce aire en el sistema, ¿qué pasará si se introduce demasiado aire? ¿Cómo superarlo?
Respuesta: El sistema de reacción se filtrará al aire.
Por lo tanto, el ritmo de ventilación debe ser lento. Si se introducen burbujas de aire, se debe volver a extraer la bomba y rehacerla por completo.