본문내용
1. 일반화학실험
1.1. 실험 목적 및 이론
이번 실험의 목적은 수용액에서 평형 상태에 있는 반응 혼합물에 특정 물질을 첨가하여 평형이 이동되는 것을 관찰할 수 있다는 것이다.
실험 이론으로는 르샤틀리에 원리가 적용된다. 르샤틀리에 원리는 평형에 있는 계에 외부에서 변형을 주면 계는 새로운 평형 위치에 도달하려 하기 때문에 그러한 자극을 부분적으로 상쇄하려는 방향으로 조절하게 된다는 것이다. 여기서 "변형"이란 말은 계의 평형 상태를 깨뜨리는 농도, 압력, 부피, 온도의 변화를 의미한다.
동일한 이온이 포함되어 있는 2개의 용질이 녹아있는 용액에서 동일한 이온을 공통 이온이라고 부른다. 공통 이온이 존재하면 약산이나 약염기의 이온화가 억제된다. 공통 이온 효과는 용해된 물질과 공통인 하나의 이온을 가진 화합물을 첨가함으로써 일어나는 평형의 이동이다. 공통 이온 효과는 용액의 pH와 난용성 염의 용해도를 결정하는 데 중요한 역할을 한다.
1.2. 실험 도구 및 재료
실험 도구 및 재료는 다음과 같다."
-시약: 0.1M Zn(NO3)2, 0.1M Mg(NO3)2, 6M HCl, 6M NaOH, 증류수
-실험기구: 시험관 4개, 시험관대 1개, 스포이트 4개실험에 필요한 시약으로는 0.1M Zn(NO3)2, 0.1M Mg(NO3)2, 6M HCl, 6M NaOH, 증류수가 사용된다. 실험 기구로는 시험관 4개, 시험관대 1개, 스포이트 4개가 준비되었다.
1.3. 실험 순서
실험 순서는 다음과 같다.
첫째, 두 개의 시험관에 2 mL의 0.1M Zn(NO3)2(aq)을 넣는다. 둘째, 각 시험관에 6M NaOH(aq) 한 방울을 넣고 잘 섞는다. 그 변화를 관찰한다. 셋째, 첫 번째 시험관에 6M HCl(aq)을, 두 번째 시험관에 6M NaOH(aq)을 방울방울 넣는다. 그 변화를 관찰한다. 넷째, 0.1M Mg(NO3)2(aq)으로 1~3 단계 실험을 반복한다.
1.4. 실험 결과
실험 결과는 다음과 같다.
시험관 4 시험관 5 시험관 6 시험관 7에 각각 2 mL의 0.1M Zn(NO3)2(aq) 용액을 넣고, 6M NaOH(aq)를 한 방울씩 첨가한 결과 모든 시험관에서 용액이 뿌옇게 흐려졌다. 이는 Zn(OH)2(s) 침전물이 생성되었기 때문이다. Zn2+(aq) 이온과 OH-(aq) 이온이 반응하여 Zn(OH)2(s)가 생성되었으며, 이온곱 [Zn2+][OH-]2가 용해도곱 Ksp보다 커졌기 때문이다.
첫 번째 시험관(시험관 4)에 6M HCl(aq)을 방울방울 넣었더니 침전물이 완전히 녹아 사라졌다. 이는 HCl 첨가로 인해 Zn(OH)2(s)가 Zn2+(aq)와 H2O(l)로 분해되었기 때문이다. Zn(OH)2(s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + 2H2O(l)
두 번째 시험관(시험관 5)에 6M NaOH(aq)를 방울방울 넣으니 침전물이 완전히 녹아 사라졌다. 이는 NaOH 첨가로 인해 Zn(OH)2(s)가 Zn(OH)4^2-(aq) 착이온을 형성하였기 때문이다. Zn(OH)2(s) + 2OH-(aq) → Zn(OH)4^2-(aq)
결과적으로 Zn(NO3)2(aq) 용액에 NaOH(aq)를 첨가하면 Zn(OH)2(s) 침전이 생성되고, 이 침전물에 HCl(aq) 또는 NaOH(aq)를 더 첨가하면 용해되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 각각 Zn(OH)2(s)의 용해도가 증가하여 평형이 정반응 방향으로 이동한 결과이다.
1.5. 참고 문헌
참고 문헌에 따르면, 일반화학실험에서 다루는 평형의 이동: 르샤틀리에 원리-2 실험과 관련하여 화학교재연구회의 "일반화학실험" 교재와 레이먼드 창의 "레이먼드 창의 일반화학" 서적이 참고문헌으로 제시되어 있다."일반화학실험" 교재는 평형의 이동 실험에 대한 이론적 배경과 실험 절차, 결과 분석 등을 자세히 설명하고 있다. 레이먼드 창의 "레이먼드 창의 일반화학" 서적에서는 화학평형, 르샤틀리에 원리, 공통 이온 효과 등 평형 이동과 관련된 이론적 개념들을 다루고 있다.
2. 실험 방법
2.1. 실험 기구 및 시약
실험 기구 및 시약은 지름 15 mm 시험관 9개, 스포이트 5개, 메틸 바이올렛 지시약, 물, 6M HCl(aq), 6M NaOH(aq), 0.1M Zn(NO3)2(aq)이다."실험에 사용된 기구로는 지름 15 mm 시험관 9개와 스포이트 5개가 사용되었다. 또한 시약으로는 메틸 바이올렛 지시약, 물, 6M HCl 수용액, 6M NaOH 수용액, 0.1M Zn(NO3)2 수용액이 사용되었다."
2.2. 실험 과정
2.2.1. 산-염기 지시약(메틸 바이올렛의 색 변화)
메틸 바이올렛 지시약은 보라색의 염기성 염료로, 용액의 산성도(pH)에 따라 색이 변하는 성질을 가지고 있다. 메틸 바이올렛 지시약을 물에 첨가하면 보라색의 용액이 형성되는데, 이는 다음과 같은 평형 상태를 나타낸다.
Hln(aq) ⇌ H⁺(aq) + ln⁻(aq)
여기서 Hln은 메틸 바이올렛 지시약의 산성형태, ln⁻는 메틸 바이올렛 지시약의 염기성형태를 나타낸다. 이 평형 상태에서 보라색을 띠게 된다.
이런 용액에 강산인 6M HCl(aq)을 첨가하면, H⁺ 이온의 농도가 증가하게 된다. 이에 따라 르샤틀리에 원리에 의해 평형은 왼쪽, 즉 Hln(aq) 쪽으로 이동하게 되어 연두색을 띠게 된다.
반면에 6M NaOH(aq)을 첨가하면 OH⁻ 이온의 농도가 증가하여 H⁺ 이온이 제거되고, 평형은 오른쪽, 즉 ln⁻ 쪽으로 이동하게 되어 보라색을 띠게 된다.
이후 염기가 들어있는 용액에 HCl(aq)을, 산이 들어있는 ...
