질산포타슘의 용해열 측정실험일제출함 No.담당교수/강사점수학과학번이름Abstract이번 실험에서는 질산포타슘(KNO3)의 온도에 따른 용해도 변화를 측정하여 용해열을 구해보았다. 1/T를 x축, ln K를 y축으로 한 그래프의 기울기를 통해 구한 용해열은 계산 결과 43.673 kJ/mol이 나왔고, 이론값 37.2 kJ/mol 과의 오차율이 17.2%가 나왔다. 오차가 생긴 이유를 생각해 보았는데, 질산포타슘 고체를 눈금 실린더에 털어 넣는 과정에서 실수로 조금 흘린 것, 유효숫자를 고려하여 계산을 하다 보니 정확한 수치를 대입하지 못한 것 등이 있을 수 있겠다고 생각해 보았다. 용해열이 양의 값임을 통해 질산 포타슘의 용해 반응은 흡열반응이라는 사실을 확인할 수 있었다.질산포타슘의 용해열 측정Data사용한 증류수 부피 = 10.00mL질산포타슘 분자량 = 101.1032g/mol결정이 생기는 온도 (˚C)T (K)실제 KNO3의 무게 (g)*KNO3의 몰수 (mol)용액의 부피 (mL)1) 4.00 g25.0298.154.030.0398122) 5.00 g31.0304.155.020.049612.53) 6.00 g34.2307.356.020.0595134) 7.00 g41.0314.157.030.069513.55) 8.00 g44.2317.358.000.079114.0Results결정 생성 온도에 따른 용해도 곱과 lnK1/T (K-1)몰농도 (M)Ksp (=[M]2)ln K1) 4.00 g0.003353.31610.9952.3972) 5.00 g0.003283.96815.7452.7563) 6.00 g0.003254.57620.9393.0414) 7.00 g0.003185.14826.5013.2775) 8.00 g0.003155.65031.9223.463기울기-5252.743.673KJ/moly 절편20.016166.423J/KmolR20.983293292.017J/molCalculation & Analysis1)K=섭씨온도 + 273.154g에서 K=25+273.15=298.155g에서 K=31+273.15=304.156g에서 K=25+273.15=307.357g에서 K=25+273.15=314.158g에서 K=25+273.15=317.352)KNO3 몰수 = 실제 KNO3 질량 / 질산 포타슘 분자량4g에서 몰수= 4.03 / 101.1032 = 0.03985g에서 몰수= 5.02 / 101.1032 = 0.04966g에서 몰수= 6.02 / 101.1032 = 0.05957g에서 몰수= 7.03 / 101.1032 = 0.06958g에서 몰수= 8.00 / 101.1032 = 0.07913)몰농도(M)= KNO3 몰수/ 용액의 부피(L)4g에서 몰농도 = 0.0398 / 0.012L =3.3165g에서 몰농도 = 0.0496 / 0.0125L =3.9686g에서 몰농도 = 0.0595 / 0.013L =4.5767g에서 몰농도 = 0.0695 / 0.0135L =5.1488g에서 몰농도 = 0.0791 / 0.014L =5.6504)ΔH’=-R X 기울기(-5252.7)=43673J/mol=43.673KJ/mol5)ΔS’=R X Y축 절편 = 166.423J/Kmol6)ΔG’= ΔH’-TΔS’ = 93292.017J/molConclusions1) 오차용해열의 이론값 ∆ H°=37.2 kJ /mol , 실험값 ∆ H°=43.6 kJ /mol(2) 오차율=(43.6-37.2)/37.2*100%=17.2%2) 오차 원인(1) 실험자가 온도계의 눈금을 잘못 읽거나, 용액의 부피를 잘못 읽는 등 측정 오류가 생 겼을 가능성이 있다.(2) 용액 내에 먼지 등과 같은 불순물이 들어가 있었고, 또한 물중탕 시에 온도를 적절하게 조절했음에도 물의 증발이 일어났을 수 있다. 이로 인해 결정의 최초 생성 온도가 실제 포화상태의 온도보다 높아질 수 있다.(3) 실험자가 직접 눈으로 관찰하고 순간을 포착해야 하는 실험이기에, 결정이 석출되기 시작한 시점을 정확히 판단하기 힘들고 그에 따라 온도와 부피의 정확한 측정 역시 어렵다는 한계가 있다.3) 오차 해결방안(1) 측정의 오류는 실험을 여러 번 진행하여 평균값을 통해 줄일 수 있다.(2) 용액의 냉각을 최대한 천천히 시키며 매 순간 온도를 정확히 측정하고 용액의 상태를 주의 깊게 관찰한다.(3) 먼지 등과 같은 용액 내의 불순물을 최대한 제거하기 위해 깨끗이 세척된 실험기구들을 사용한다.(4) 초고속 카메라 등을 이용하여 결정이 석출되기 시작한 시점을 정확히 포착한다.(5) 특정 온도에서 질산포타슘을 용해시키는 실험을 통해 질산포타슘의 실제 용해도를 측정하고 이 값을 이용해 앞의 실험들의 오차를 보정한다.DiscussionQ1. 물질의 용해도를 이용하여 혼합물을 분리하는 방법을 찾아보고, 그 예시를 작성하시오.1.재결정: 불순물이 섞여 있는 고체물질을 용매에 녹인 다음 용액의 온도를 낮추거나 용매를 증발시켜 순수한 고체 물질을 얻는 방법이다. 재결정을 이용한 혼합물 분리의 예로는 질산 칼륨과 황산 구리 혼합물에서 순수한 질산 칼륨 분리, 천일염에서 정제 소금 얻기, 합성 약품 정제 등이 있다.2. 크로마토그래피: 혼합물을 이루는 성분 물질이 용매를 따라 이동하는 속도가 다른 것을 이용하여 혼합물을 분리하는 방법이다. 크로마토그래피 특징은 분리방법이 간단하고, 분리하는 데 걸리는 시간이 짧다. 또한 매우 적은 양의 혼합물도 분리할 수 있다 그리고 성질이 비슷하거나 복잡한 혼합물도 한 번에 분리할 수 있다.Q2. 일상에서 열을 내는 다른 화학반응은 어떤 것이 있으며, 열을 흡수하는 반응은 어떤 것이 있는지 그 예시를 작성하시오마당에 물을 뿌리면 시원해지는 것, 수영장에서 물 밖으로 나오면 추위를 느끼는 것, 피부에 알코올을 바르면 시원해지는 것 등이 모두 액체가 기화할 때 열을 빼앗아 가서 나타나는 현상들이다. 이들은 모두 흡열 과정이다. 이른 봄에 호수 주변의 기온이 잘 올라가지 않는 것도 얼음이 녹으면서 열을 빼앗아 가기 때문이다.통에 들어 있는 부탄 가스나 스프레이를 사용하다 보면 통이 차가워지고 심지어 물방울이 맺히는 것을 볼 수 있다. 이는 액체의 기화에 의한 것 외에도, 기체가 좁은 곳에 있다가 넓은 곳으로 퍼져 나갈 때 온도가 내려가는 현상이 일어나기 때문이다. 이를 단열 팽창에 의한 냉각이라고 한다. 냉장고의 원리는 바로 이러한 현상을 이용한 것이다.Reference일반화학실험교재: 실험 15. 질산포타슘의 용해열 측정옥스토비 일반화학 14장 15장
