소개글
"산 표준액 조제 및 표정"에 대한 내용입니다.
목차
1. 산 표준액, 알칼리 표준액 조제 및 표정
1.1. 실험 목적 및 원리
1.2. 시약 및 실험 기구
1.3. 실험 방법
1.3.1. 0.1 mol/L NaOH 표준용액 조제 및 표정
1.3.2. 오차 분석 및 해결책
1.4. 실험 결과 및 고찰
2. 산 표준액(0.1N HCl)의 조제 및 표정
2.1. 실험 목적 및 원리
2.2. 실험 방법
2.2.1. 1차 표준용액(0.1N Na2CO3) 조제 및 역가 측정
2.2.2. 산 표준용액(0.1N HCl) 조제 및 표정
2.3. 실험 결과
3. 산·염기 표준용액 조제와 적정
3.1. 실험 목적
3.2. 실험 이론 및 원리
3.3. 실험 기구 및 시약
3.4. 실험 방법
3.4.1. N/10 염산 표준액 조제
3.4.2. N/10 탄산나트륨 표준액 조제
3.4.3. N/10 수산화나트륨 표준액 조제
3.4.4. 표준액 표정
3.5. 실험 결과
4. 참고 문헌
본문내용
1. 산 표준액, 알칼리 표준액 조제 및 표정
1.1. 실험 목적 및 원리
산 표준액, 알칼리 표준액 조제 및 표정의 실험 목적 및 원리는 다음과 같다.
실험의 목적은 산 표준액과 알칼리 표준액을 조제하고 그 농도를 정확히 알아내는 것이다. 이는 향후 다양한 적정 실험에 사용할 수 있는 기초 자료를 확보하기 위함이다.
실험의 원리는 산, 염기 중화반응을 이용하는 것이다. 목적성분이 산성일 때는 알칼리 표준액을, 목적성분이 염기성일 때는 산 표준액을 사용하여 적정을 수행한다. 실험에서는 수산화나트륨(NaOH)과 염산(HCl)을 이용하여 표준용액을 조제한다.
표정은 비교적 순도가 높은 1차 표준물질을 사용하여 조제한 표준용액의 농도를 정확히 측정하는 과정이다. 이를 통해 실제 농도와 이론상의 농도 간 차이인 규정도 계수(factor, f)를 구할 수 있다. 규정도 계수는 1에 가까운 값을 가질수록 정확한 표준용액이 조제된 것을 의미한다.
1.2. 시약 및 실험 기구
수산화나트륨(NaOH)은 강염기의 대표적인 물질로, 분자량이 40.00g/mol이다. 시판품의 경우 순도가 98%로, 공기 중에서 CO2와 H2O를 흡습하기 때문에 정밀하게 칭량하기 어렵다. 따라서 이 실험에서는 필요한 농도에 가까운 용액을 조제한 후 표정을 거쳐 표준액으로 사용한다. 진한 염산(HCl)은 비중이 1.18, 농도가 약 35%인 시약을 사용하여 대략 0.1N 농도의 염산 표준액을 조제한다. 지시약으로는 메틸오렌지가 사용되는데, pH 3.1~4.4 범위에서 노란색에서 붉은색으로 변화하는 성질을 이용한다.
실험 기구로는 뷰렛, 비커, 메스플라스크, 눈금 실린더, 코니칼 비커 등이 사용된다. 정확한 적정을 위해 실험 기구의 표준화 과정이 필요하다. 예를 들어 초자 기구에 증류수를 담을 때의 무게 차이를 측정하여 부피와 무게의 관계를 확인하는 것이다. 이를 통해 실험 기구의 오차를 최소화할 수 있다.
1.3. 실험 방법
1.3.1. 0.1 mol/L NaOH 표준용액 조제 및 표정
NaOH 표준용액의 조제 및 표정은 다음과 같다.
0.1 mol/L NaOH 표준용액(250mL)을 조제하고자 한다. NaOH의 질량 1.022g을 정밀하게 달아 250mL 부피 플라스크에 넣고 증류수로 표선까지 채운 후 잘 흔들어 용액을 만든다. 그 다음 KHP(프탈산수소칼륨)의 질량 0.209g을 삼각 플라스크에 넣고 물을 부어 녹인다. NaOH 용액이 들어있는 뷰렛으로부터 KHP 용액에 조금씩 가하며 적정을 수행한다. 적정이 끝나면 결과를 정리하고 factor(f) 값을 계산하여 NaOH 용액의 표정을 완료한다.
실험 결과, NaOH의 질량은 1.022g이고 KHP의 질량은 0.209g이었다. 적정 시 첨가한 NaOH 용액의 부피는 10.20mL였다. 이를 바탕으로 계산한 NaOH 용액의 factor 값은 1.003이다. 즉, 조제한 0.1 mol/L NaOH 용액이 실제로는 0.1003 mol/L의 농도를 가지고 있음을 의미한다.
이러한 factor 값 도출을 통해 0.1 mol/L NaOH 표준용액이 정확히 조제되었음을 확인할 수 있다. 다만 이는 단 한 번의 실험 결과이므로 오차가 있을 수 있다. 따라서 실험의 정밀성을 높이기 위해서는 최소 3회 이상의 반복 실험이 필요할 것으로 판단된다. 실험 과정에서 발생할 수 있는 다양한 오차 요인들을 분석하고 해결책을 제시하여 향후 실험의 정확성을 높일 수 있을 것이다.
1.3.2. 오차 분석 및 해결책
실험 과정에서 발생할 수 있는 오차는 크게 체계오차(systematic error)와 무작위오차(random error)로 구분할 수 있다.
체계오차는 실험 도구나 실험 환경 등에 내재되어 있는 오차로, 일정한 경향을 가지며 추가적인 계산을 통해 교정이 가능하다. 이 실험에서는 다음과 같은 체계오차가 발생할 수 있었다.
첫째, 실험 기구의 오차이다. 실험 기구의 조정이 잘못되거나 파손 및 이물질 등의 문제가 있을 경우 눈금상의 값과 실제 값의 차이가 발생할 수 있다. 하지만 실험 기구 자체에는 문제가 없어 보였다. 실험 기구의 표준화 과정이 필요하다면 각 기구의 무게 차이를 측정하여 보정할 수 있다.
둘째, 관찰상의 오차이다. 뷰렛의 눈금을 읽는 과정에서 관찰자의 높이가 맞지 않아 오차가 생길 수 있다. 또한 적정 과정에서 시간을 엄수하지 않으면 눈금 읽는 시간과 실제 구현 시간 사이에 차이가 발생할 수 있다. 이는 여러 명이 동시에 확인하면서 상호 보완하여 최소화할 수 있다.
셋째, 환경적 오차이다. 전기 교반기의 출력이 너무 강해 용액이 격렬하게 교반되어 튀어나가는 경우, 용액의 일부가 적정 반응에 참여하지 못해 오차가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 적정 중간중간에 벽에 묻은 용액을 모아주는 과정이 필요하다.
무작위오차는 관찰자의 판단 오류나 실험 환경의 변화 등으로 발생하는 오차로, 실험을 반복하면 평균값에 가까워질 수 있다. 이 실험에서는 다음과 같은 무작위오차가 발생할 수 있었다.
첫째, 관찰상의 오차이다. 뷰렛의 메니스커스를 관찰하고 읽는 과정에서 관찰자에 따라 마지막 자리수가 달라질 수 있다. 이를 해결하기 위해 여러 관찰자가 함께 읽고 평균값을 구하는 방법을 사용했다.
둘째, 환경적 오차이다. 자석이 격렬하게 교반되거나 뷰렛이 제대로 고정되지 않아 흔들리는 경우 눈금이 요동칠 수 있다. 이를 해결하기 위해 자석의 속도를 적절히 조절하고 뷰렛을 단단히 고정하는 방법을 사용했다.
이 밖에도 실험 과정에서 발생할 수 있는 실수, 즉 블런더(blunder)가 있을 수...
참고 자료
Types of Experimental Errors,
https://writeonline.ca/media/documents/LabReport_TypesOfExperimentalErrors.pdf , 2021/3/25
분석화학실험, 1998, 3판, 박승조외 2명, p.94～99
최신분석화학, 신광문화사, 2006, 손무정 외 7명
화학용어사전, 전파과학사, 존데인테이스, 1993
이화학사전, 청수서원, 남균외3명, 1999, p.214, p.1139, p.1167
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