1、實驗7氣相反應平衡常數的測定、目的要求1直接測定法測量不同溫度下二氧化碳與灼熱碳反應的平衡常數。2了解高溫的測量和控制及氣體的取樣分析。二、原理氧化碳與灼熱碳的反應：C(s)+co2(g)高溫2CO(g)AH=157.78kJmol-irm假定反應氣相混合物為理想氣體，對于復相化學平衡，其平衡常數用各組分氣體分壓表示：(7-1)(7-2)(p/po)2CO(p/po)CO2芳(p/po)2K=co-p(p.x/po)CO2在實驗條件下反應總壓近似保持在101325Pa,x2n2n2故Ko=c=co=copxn(n+n)(n-n)-nco2co2coco2總co2總由理想氣體狀態方程得(V/RT

2、)2TOC o 1-5 h zKo=cop(V/RT-V/RT)(V/RT)總co總=V2/V(V-V)(7-3)co總總co式中Vco為標準態壓力下一氧化碳的體積,V總為標準態壓力下一氧化碳和二氧化碳平衡混合氣的總體積。本實驗中對反應達平衡后的混合氣體“凍結”后進行取樣分析,可測出V總和VCO。二氧化碳與碳高溫下的等壓反應熱效應為+157.78kJmol-1,是吸熱反應。溫度升高，反應向生成co方向進行,平衡常數增大。而且該反應有體積變化,壓力增加,反應向氣體體積縮小的方向即生成CO2方向進行。當壓力恒定時，影響化學平衡移動的因素只有溫度。故可在不同的溫度下對反應平衡常數進行測量,從而考察溫

3、度對平衡常數的影響。該反應除考慮熱力學平衡外，還要考慮動力學因素。該反應是非均相反應，CO2還原成CO的速度在低于600C時很慢，溫度高于1100C速度才顯著加快。因此，在較低溫度下，反應要達到平衡需要很長時間。三、儀器和試劑反應裝置一套（UJ-36型便攜式電位差計一臺；XCT-101動圈式溫度指示調節儀一臺；鎳鉻-鎳鉻鎧裝熱電偶兩對）；CO2鋼瓶一個；碳粒；40%NaOH溶液；液體石蠟；飽和食鹽水。四、實驗步驟實驗裝置如圖7-1連接好，檢查體系密封性。由二氧化碳鋼瓶出來的氣體經干燥后進入反應管，在一定的溫度下進行反應。將反應后的平衡混合氣體，用量氣管取樣，通過盛有氫氧化鈉溶液的吸收瓶對二氧化

4、碳氣體進行吸收，記下吸收前后量氣管內的體積，就可對平衡混合氣體組分進行分析。具體操作如下：1用二氧化碳氣體流趕走體系中的空氣將三通活塞1、2、3均與大氣相通，以每分鐘約0.5升的CO2氣流沖洗體系23min,與此同時，提高下口瓶II，使下口瓶I充滿液體石蠟，然后將瓶II掛起。沖洗完后，關閉鋼瓶，旋轉活塞3使其不與大氣和量氣管相通。2充人反應原料氣體旋轉活塞1,使其與反應管不通，將下口瓶II取下放桌上，開啟鋼瓶讓以CO2氣體充滿下口瓶1,然后關閉鋼瓶，旋轉活塞1,使下口瓶I處于三不通。3排除貯氣袋中的氣體旋轉活塞2，使貯氣袋與反應管不通而與大氣相通（旋轉活塞3）。如果貯氣袋中有較多氣體，先用手輕

5、壓氣袋，讓大部分氣體緩慢排出。打開活塞4使量氣管與大氣相通（與氣體吸收瓶不通），提高下口瓶III讓液體充滿量氣管，旋轉活塞3使貯氣袋與量氣管通而與大氣不通，下降下口瓶III，貯氣袋內的余氣可用此法抽盡。按此法重復幾次直至量氣管內的液面保持在活塞4上面一定高度處，說明貯氣袋氣體接近抽盡。旋轉活塞4使三不通；旋轉活塞1使下口瓶I只與反應管通；旋轉活塞2使貯氣袋只與反應管通。4通電加熱進行反應接好電位差計的測量線路，通電加熱，調整動圈式溫度指示調節儀的控溫指針到所需溫度（約600C），當溫度達到預定溫度時，控溫儀會對爐溫進行自動控制。電爐jl2IICO冷阱i流楚計浚全瓶圖7-1氣相反應平衡常數測定裝

6、置液休石蠟電位差計控溫儀干燥塔5倒氣法使氣體充分反應達到平衡用電位差計測量爐溫達到預定溫度并穩定時，先提升下口瓶II,讓液體石蠟填充瓶II,然后降低下口瓶II，讓貯氣袋中的氣體倒向瓶I中，用倒氣法來回倒氣5次（每倒一次氣最好靜置23min）,使體系內的CO2氣體能與灼熱碳充分反應達平衡。（注意：每個溫度下，倒氣5次的總時間應相同，約為30分鐘）。6取混合氣進行組分分析取氣前需將活塞2與4之間及量氣管的氣體排除。為此，打開活塞3和“1使與大氣相通。提高下口瓶III，讓飽和食鹽水充滿整個量氣管及活塞3下方的空間，關閉活塞4使三不通，再轉動活塞3使與大氣不通。打開活塞4,再轉動活塞2讓量氣管液面下降

7、1015ml之間（相當活塞2與3之間的空間體積），關閉活塞2。提升下口瓶III并轉動活塞3使量氣管與大氣相通，此時管內液面上升，讓其充滿量氣管整個內空間后，關閉活塞3使與大氣不通，再打開活塞2，用量氣管從貯氣袋或反應體系取氣約45m1，關閉活塞4和2使三不通。提升下口瓶III，使瓶內的液面與量氣管內的液面在同一水平，讀取101325Pa下混合氣體的總體積。進行氣體吸收測量CO體積打開活塞5,準確記下吸收瓶中NaOH液面的高度。轉動活塞4使量氣管與氣體吸收瓶相通，不斷提升、下降下口瓶皿，使混合氣體中的CO2反復被NaOH溶液吸收，直至下口瓶III放于桌面，量氣管內液面保持在某一刻度不變（前后兩次

8、測量誤差為0.2ml左右）時為止。提升下口瓶皿，使氣體吸收瓶內液面回復到原來的高度，然后關閉活塞5和活塞4（三不通），再使下口瓶III內液面與量氣管內的液面在同一水平，讀取量氣管內101325Pa下CO的體積Vco。記下爐溫（UJ-36電位差計穩定讀數）。將控溫儀的指針調節到700C，當爐溫穩定時，按上述步驟57再進行一次實驗。9實驗結束時，切斷電源，檢查鋼瓶是否關閉，待爐溫下降后，再使體系與大氣相通。五、實驗注意事項1開啟鋼瓶前，先檢查好氣路，此外，氣流不能開得過大，以免管道沖脫及石蠟油從下口瓶II溢出。通電加熱前，量氣管必須與下口瓶I及貯氣袋連通，以免氣體膨脹將反應管兩端塞子沖開。3實驗裝置為玻璃儀器連接，旋轉活塞時要用左手固定活塞外部，用右手輕旋，切忌遠距離單手操作和用力過猛。六、數據處理1計算相應溫度下CO2和CO的體積百分數。2計算相應溫度下的平衡常數。七、思考題進行下一個溫度反應，是否需要再充CO2原料氣并將體系的氣體趕出去？為什么？為什么CO2氣體進入反應體系前要預先進行干燥？反應體系為什么要恒定在101325Pa的壓力下