[A+ 만점레포트] 7. 화학반응속도 (일반화학실험2)

소개

엑셀 그래프를 그리고, 반응비와 부호를 고려해 계산하는 게 까다롭고 귀찮은 레포트입니다.
고찰 역시 반응식과 메커니즘, 계산 방법을 간소화할 수 있는 이유에 대해 이론적으로 묻고 있기 때문에 큰 감점요소가 있는 질문들이지만, 모두 잘 설명해두었습니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 원리
1) 화학 반응의 열역학적 해석과 속도론적 해석
2) 반응 속도
3) 과산화 수소의 분해 반응

3. 시약 및 기구
1) Reagent
2) Instrument & Apparatus

4. 실험 방법

5. 결과
1) 산소 발생에 걸린 시간(초)
2) H₂O₂ 분해 반응에서 시간에 따른 산소 기체의 발생량 그래프
3) 반응 속도
4) 초기 반응 속도법을 이용하여 구한 반응 차수와 반응 속도식
5) 초기 반응 속도법을 이용한 속도 상수 계산(mL/s만 계산)

6. 고찰
1) 자유 고찰
2) 추가 고찰

7. 참고문헌

본문내용

3. 실험 목적
과산화 수소가 물과 산소로 분해되는 반응의 속도 상수와 반응 차수를 결정하고 화학 반응의 속도에 영향을 주는 인자를 알아본다.

4. 실험 원리
(1) 화학 반응의 열역학적 해석과 속도론적 해석
열역학에서 화학 반응의 방향은 자유 에너지(free energy)를 통해 결정할 수 있다. 식 1. G=H-TS
식 1에서 G는 자유 에너지, H는 엔탈피, S는 엔트로피이고, T는 켈빈 온도이다. 화학 반응은 자유 에너지의 변화량이 음수인 방향으로 일어나며, 자유 에너지의 변화량은 다음과 같이 나타낼 수 있다. 식 2. ΔG=ΔH-TΔS
하지만 자유 에너지에 관한 식은 진행 방향만 알 수 있을 뿐 반응 속도에 대해 나타내지 못한다. 따라서 화학 반응 속도를 고려해야 한다. 화학 반응은 분자들이 서로 충돌할 때 일어나기 때문에, 농도가 높을수록 빠르게 일어난다. 또한, 다음 그림과 같이 생성물이 되기 전 전이 상태(transision state)를 거치기 때문에 반응물은 이만큼의 활성화 에너지(activation energy, )를 극복할 만큼의 에너지를 가져야 한다. 충돌하는 분자의 운동 에너지로부터 이 에너지를 얻기 때문에 온도가 높을수록 반응이 빠르다. 반응 메커니즘(mechanism)이란 생성물을 만드는 연속적인 단일 반응들을 의미한다. 촉매는 활성화 에너지를 낮춤으로써 반응 메커니즘(mechanism)에 영향을 주어 반응 속도를 증가시키는 물질로, 반응물과 반응해 중간체를 형성하지만 이어지는 반응 단계에서 재생되므로 소모되지 않는다. 이처럼 반응 속도는 농도, 온도, 반응 메커니즘, 촉매 등의 영향을 받는다.

(2) 반응 속도
반응 속도(reaction rate)는 단위 시간당 반응물 또는 생성물의 농도 변화이다. 3A+B→C+D의 반응이 일어난다고 가정할 때, 반응 속도 식은 식 3과 같이 나타낼 수 있으면 항상 양의 값을 가지기 때문에 반응물의 농도 변화량을 나타낸 항 앞에는 (-)를 붙여 주어야 한다.

참고자료

· 이홍인. (2019). 일반화학실험 (제1판 5쇄) 발행지: 자유아카데미
· Raymond Chang. (2022). 레이먼드 창의 일반화학 (제12판 수정판) 발행지: 사이플러스