본문내용
1. 실험 목표 및 배경 지식
1.1. 실험 목표
본 실험은 드라이아이스의 용해로 발생한 이산화탄소 기체를 통해 탄산수를 제조하고, 적정이 완료된 NaOH 용액을 이용하여 탄산수의 용해도를 구하며, 이를 토대로 이산화탄소의 헨리 상수를 계산하는 것이다. 또한 교반 정도에 따른 헨리 상수 변화를 관찰하여 실험의 정확성을 높이고자 한다. 이를 통해 화학 반응에서 농도, 온도, 촉매와 같은 다양한 요인들이 반응 속도에 미치는 영향을 파악할 수 있다.
헨리의 법칙은 일정한 온도에서 용매에 용해된 기체의 농도가 기체의 부분압력에 비례한다는 것을 설명한다. 이는 기체의 용해도가 해당 기체의 부분압력에 비례하여 증가한다는 것을 의미한다. 적정 화학적 실험과정에서는 미지 농도의 용액에 농도와 부피를 알고 있는 시료를 첨가하여 반응을 유도하고, 지시약으로 인한 색변화를 통해 종말점을 확인함으로써 미지 용액의 농도를 계산할 수 있다.
1.2. 헨리의 법칙
기체의 용해도는 해당 기체의 부분압력에 비례한다. 이에 대한 선형관계를 발견한 사람은 영국의 화학자 윌리엄 헨리이다. 온도가 일정하다고 가정하면, 용매와 평형을 이루는 기체의 부분 압력(P)는 기체의 용해도(C)와 헨리상수(k)의 곱으로 나타낼 수 있다. 즉, 기체의 부분 압력이 커지면 자연스럽게 용매에 용해되는 기체 양도 많아지고, 부분 압력이 작아지면 용해된 기체가 기체의 압력과 평형을 이루기 위해 용액에서 방출된다. 이러한 사실은 직관적으로 이해할 수 있다. 따라서 헨리 상수 k는 기체의 용해도와 부분압력 사이의 관계를 나타낸다.
1.3. 적정 화학적 실험과정
적정(titration)은 화학적 실험과정에서 정량적인 분석을 위해 사용되는 방법이다. 이는 분석대상 시료인 용액의 농도를 측정하기 위하여, 농도와 부피를 알고 있는 시료를 투입하여 용액을 섞는 방법이다. 미지 농도의 용액에 시료를 점차 부피를 증가시키며 혼합하면, 지시약으로 인한 색 변화가 나타난다. 색변화의 유지시간이 적정 시간을 만족하면, 용액 혼합을 중지한다. 이때의 시점을 종말점이라고 하고 이때 사용된 시료의 부피와 농도를 이용하여 미지용액의 농도를 계산한다. 한편, 당량점은 중화반응에서 완벽한 중성상태를 이루었을 때의 지점을 말한다. 종말점이 당량점에 가까우면, 실험의 오차는 작아지게 된다. 구체적으로 미지용액의 농도(N1)와 부피(V1), 시료의 농도(N2)와 부피(V2)를 이용하여 다음과 같은 식으로 용액의 농도를 계산할 수 있다. N1 * V1 = N2 * V2
위 내용을 토대로 알 수 있듯이, 적정 화학적 실험과정은 지시약을 이용하여 용액의 색 변화를 관찰하고 종말점에서의 시료 부피와 농도를 측정하여 미지용액의 농도를 계산하는 방법이다. 이때 당량점에 가까운 종말점을 찾는 것이 실험 오차를 줄이는 데 중요하다. 이와 같은 적정 화학적 실험과정은 화학 분석에 널리 활용되고 있다.
2. 실험 과정 및 데이터
2.1. NaOH의 표준화와 약산의 적정
홀 피펫을 사용하여 KHP 수용액을 5ml씩 삼각 플라스크에 옮겨 담는다. 3개의 바이알에 5ml 증류수를 담고, 드라이아이스를 넣어 용해시킨다....
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