소개글
"탄산염과 탄산수소염 혼합물 분석"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. 실험 목적
1.2. 실험 이론
1.3. 탄산염과 탄산수소염의 성질
2. 실험 준비
2.1. 사용 시약 및 기구 정보
2.2. 실험 방법
3. 실험 1. 총 알칼리도 측정
3.1. 실험 방법
3.2. 결과 및 고찰
4. 실험 2. 탄산염과 탄산수소염의 농도 측정
4.1. 실험 방법
4.2. 결과 및 고찰
5. 결론
5.1. 실험 결과 요약
5.2. 수질 분석에서의 의의
6. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. 실험 목적
실험 목적은 HCl과 NaOH 표준용액으로 탄산염(Na2CO3)과 탄산수소염(NaHCO3)의 혼합물을 직접적정법과 역적정법을 통해 분석하여 알칼리도와 탄산염과 탄산수소염의 각각의 농도를 구하는 것이다.
알칼리도는 수질을 표시하는 지표 중 하나로서 물속에 포함되어 있는 알칼리(-OH-, CO32-, HCO3- 등)를 탄산칼슘(CaCO3)으로 환산하여 mg/L으로 표시한 값이다. 총 알칼리도는 수중의 알칼리 성분을 중화하기 위한 필요한 산 성분의 소비량을 구하고, 필요한 산 성분을 탄산칼슘(CaCO3)으로 환산하여 ppm으로 표시한 값이다. 알칼리도가 낮으면 물이 산을 중화시킬 능력이 없어 철관 등이 부식되기 쉽고, 높은 알칼리도의 폐수는 침식성이 강하여 공공수역에 방출 시 물속 생물에 피해를 줄 수 있다. 따라서 알칼리도는 수질과 깊은 관련이 있다.
탄산염과 탄산수소염의 혼합용액을 HCl로 적정하면 탄산수소 이온과 탄산 이온은 HCl과 각각 1:1, 1:2로 반응하므로 총 알칼리도를 [HCO3-] + 2[CO32-]로 구할 수 있다. 또한 혼합용액에 과량의 NaOH를 가하면 탄산수소 이온이 탄산 이온으로 바뀌고, 생성된 탄산 이온을 BaCO3로 침전시키면 알칼리 성분은 반응하지 않고 남은 NaOH로부터 유래된 OH- 이온만 남게 된다. 이때 남은 NaOH의 양을 HCl로 적정하여 소모된 NaOH 양을 구하면 혼합용액의 탄산수소 이온 농도를 알 수 있다.
1.2. 실험 이론
알칼리도는 화학적 척도로써 산을 중화(neutralized)시키는 능력 또는 수소이온을 중화시킬 수 있는 이온량이다. 물속의 알칼리인 수산화물(OH-), 탄산염(CO32-) 등을 탄산 칼슘으로 환산하여 mg/L로 표시한 값이다. 물과 이산화탄소의 chemical reaction으로 이온화 작용을 나타낸다. 자연에서 알칼리도의 구성 성분은 일반적으로 중탄산염(HCO3-), 수산화물(OH-), 탄산염(CO32-)이며, 중탄산염 형태가 가장 많이 나타난다. 알칼리도는 지시약을 이용한 중화적정 또는 측정기기를 이용해 측정할 수 있으며, 단위는 ppm이다.
역적정(back titration)은 부피분석에 있어서 농도를 알고있는 한쪽 산 또는 염기용액의 부피를 사용하여 다른 염기 또는 산을 적정하고 지시약으로 중화점을 확인해나가는 간접적인 적정 방법이다. 분석물질에 농도를 알고있는 첫 번째 표준시약을 과량 가한 다음 두 번째 표준시약을 사용하여 과량의 첫 번째 표준시약을 적정한다.
치환 적정(replacement titration)은 치환을 이용하는 모든 적정법으로, 킬레이트 적정 등이 포함된다. 금속 이온 M을 킬레이트 시약 Y의 표준액을 사용하여 직접 적정하는 대신에 적당량의 킬레이트 M'Y를 M에 가하여 M+M'Y→MY+M'의 치환반응에 의해 생기는 M'를 Y에 의해 적정하는 방법이다.
Redox titration은 산화-환원을 이용한 적정법으로, 적정제가 산화제이면 분석물이 환원제가 되고, 반대로 적정제가 환원제이면 분석물이 산화제가 된다.
탄산염과 탄산수소염의 혼합용액을 HCl로 적정하면 HCO3- + H+ → H2CO3, CO32- + 2H+ → H2CO3의 반응이 일어난다. 총 알칼리도는 [HCO3-] + 2[CO32-]로 구할 수 있다. 탄산염과 탄산수소염 혼합용액에 과량의 NaOH를 가하면 탄산수소 이온은 모두 탄산 이온으로 바뀌게 된다. HCO3- + OH- → CO32- + H2O. 생성된 탄산 이온을 BaCO3로 침전시키면 알칼리 성분은 반응하지 않고 남은 NaOH로부터 유래된 OH- 이온만 남게 된다. 반응하지 않은 NaOH의 양을 HCl로 적정하여 소모된 NaOH 양을 구하면, 이 소모된 양은 혼합용액에 존재하는 탄산수소 이온의 양과 같다.
1.3. 탄산염과 탄산수소염의 성질
탄산염(CO32-)과 탄산수소염(HCO3-)은 수용액 내에서 다양한 화학적 특성을 갖는다. 탄산염은 강염기와의 반응에서 퇴화성을 보이며, 수용액 내에서 pH를 높이는 역할을 한다. 반면 탄산수소염은 약염기에 해당하여 약한 알칼리성을 나타내며, 일부 이온화하여 수소이온(H+)을 생성한다.
특히 탄산수소염은 물과 이산화탄소의 가역 반응을 통해 생성되며, 이때 pH에 따라 탄산(H2CO3), 탄산수소염, 탄산염...
참고 자료
Daniel C. Harris, “Quantitative Chemical Analysis” 8th Ed., Freeman, 2010
분석화학실험 교재연구회,『분석화학실험, 자유아카데미, 2014
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