실험 결과레포트주머니 난로의 열량 측정실험일시학과조학번이름담당교수실험결과주머니 난로의 전체무게 (g)주머니 난로 안의 아세트산소듐삼수화물 (CH3COONa?3H2O)만의 양 (g)1회 (물)2회 (에탄올)1회 (물)2회 (에탄올)72.74574.25247.64148.696※ 시판되는 주머니난로의 성분은 아세트산소듐과 염화소듐, 물이 들어있다.아세트산소듐은 전부 삼수화물의 형태로 재결정된다고 하면, CH3COONa?3H2O과 NaCl의 질량비에 의해 CH3COONa?3H2O은 성분 전체 무게 중 70%를 차지한다.* 주머니 난로 안의 아세트산소듐삼수화물만의 양= {주머니 손난로 전체 무게-(포장비닐+금속판의 무게) } X 0.7물(℃)에탄올(℃)손난로를 넣기 전 온도24.525.1손난로를 넣은 후 30초24.925.51분25.026.02분26.026.93분27.028.04분27.229.05분28.030.16분28.331.87분29.033.08분29.733.89분29.935.010분30.035.111분30.035.512분30.135.813분30.236.014분30.536.015분30.736.016분30.8-17분30.9-18분31.0-19분31.0-20분31.0-온도 변화(마지막 온도- 처음온도)6.510.9※ 포장비닐 + 금속판 무게 : 4.686 g* 온도변화가 없을 때까지 기록하세요.관찰과 결과 분석1. 온도변화를 이용하여 주머니 난로에서 발생되는 열량을 계산하여라.※ 에탄올의 비열과 밀도는 각각 0.577cal/g?℃, 0.78g/mL 이고,물의 비열과 밀도는 각각 1cal /g?℃, 1g/mL 이다.Q=Cm TRIANGLET1회(물) 발생되는 열량물의 질량 = 225ml × 1g/mL = 225g, 온도변화 = 6.5℃주머니 난로에서 발생되는 열량 = 1cal /g?℃ × 225g × 6.5℃ = 1500cal2회(에탄올) 발생되는 열량물의 질량 = 225ml × 0.78g/mL = 175.5g, 온도변화 = 10.9℃주머니 난로에서 발생되는 열량 = 0.577cal /g?℃ × 175.5g × 10.9℃ = 1100cal2. 주머니 난로의 발열 반응은 다음과 같다.CH3COO? + Na? + 3H2O → CH3COONa?3H2O이 때, ΔHc (Heat of crystallization)이 145 J/g 이라면, 실험에 사용된 주머니 난로에서 발생할 수 있는 이론적인 열량은 얼마인가? 또 위의 1번에서 계산한 실험적 열량과 차이가 난다면 그 이유는 무엇인가? (단위를 cal로 계산하여 비교할 것)1회(물) 이론적 열량47.641g × 145 J/g = 690(8)J690(8)J ÷ 4.184 J/cal = 1650cal2회(에탄올) 이론적 열량48.696g × 145 J/g = 706(1)J706(1)J ÷ 4.184 J/cal = 1690cal1번에서 계산한 실험적 열량이 이론적인 열량보다 작다. 차이가 발생한 이유는 주머니 난로에서 발생한 열이 온전히 물과 에탄올에만 전달된 것이 아니라 스티로폼 단열재나 다른 곳으로도 일부 이동하며 손실이 발생했기 때문에 차이가 발생한다.3. 주머니 난로 원리와 마찬가지로 화학 반응을 이용하여 여름에 사용할 수 있는 아이스팩이 가능한지 생각하고, 가능하다면 또는 불가능하다면 이유를 적어보시오.만들 수 있다. 주머니 난로는 발열 반응을 이용한 것이지만 여름에 사용 가능한 아이스팩은 흡열 반응을 이용해서 만들면 된다. 예를 들어 질산암모늄이 물에 녹을 때 열을 흡수하는 성질을 이용해 만든 휴대용 냉각대나 고체에서 액체나 액체에서 기체로 상태 변화 시 열을 흡수하는 성질을 이용할 수도 있다.
실험 예비레포트주머니 난로의 열량 측정실험일시학과조학번이름담당교수실험목적화학 반응에서 발산되거나 흡수되는 반응열의 측정을 통하여 비열과 열용량의 개념을 이해하고 그 응용성을 생각해본다.이론(1) 비열(specific heat)과 열용량(heat capacity)비열은 단위 질량의 물질 즉 물질 1g의 온도 1℃ 높이는데 필요한 열량이다. 세기 성질로서 계의 크기나 물질에 양에 값이 의존하지 않는다.열용량이란 어떤 물질의 온도를 1℃ 높이는데 필요한 열량을 의미한다. 임의의 계의 온도변화에 대하여 그 계가 흡수하거나 방출한 에너지 또는 엔탈피의 비이다. 열용량은 크기 성질이기 때문에 물질의 양이 증가하면 열용량 역시 변화한다. 비열은 다음과 같이 구할 수 있고, 열용량은 비열과 질량의 곱으로 나타낸다.비열(C _{s} )`=` {(열전달량)} over {(물질의``그램수)` TIMES(온도`변화)},C(열용량)=C _{s} (비열)` TIMESm(질량)(2) 화학반응의 엔탈피엔탈피란? 일정한 압력에서 어떠한 반응이 일어날 때, 반응 전후의 온도를 같게 하려고 계가 흡수하거나 방출하는 열(에너지)을 의미한다. 엔탈피는 에너지에 압력과 부피의 곱을 더한 것으로 정의된다.H(엔탈피)=E`+PV,엔탈피 변화량 즉 ΔH를 구하기 위해서는 ΔH = ΔE+ Δ(PV)를 통해 구할 수 있다. Δ(PV)는 압력이 일정하다면 ΔPV는 0이고,쓸 수 있고, 압력이 변화하지 않는다면, ΔE = Q이 경우 ΔH는 다음과 같이 흡수한 열량과 같다.TRIANGLEH=Q _{p} (흡수한`열량)(3) 에너지의 단위에너지란 일을 할 수 있는 능력으로 일과 같은 단위를 가진다. SI 단위계 ?1J=1kg·m^{2}/s^2를 표준 단위로 사용하고, 열에너지 같은 경우 cal(칼로리)를 주로 이용한다. 칼로리는 1기압에서 순수한 물 1℃를 올리는데 필요한 열량(열에너지)이다. 1cal=4.1855J 이다.Q(열량)`=`S(비열)`×m(질량)× TRIANGLET(온도변화)위의 식으로 열량(열에너지)을 구할 수 있다.(4) 용해도, 포화, 과포화 상태용해도란, 용질이 용매에 녹아 용액을 형성할 때의 용질의 특성으로. 용해도는 주어진 부피의 용매에 대하여 용해되어 평형을 이루는 최대량이 되며 g이나, mol로 표시한다. 어떤 물질의 용해도는 용질의 물리적 화학적 특성과 온도, 압력 등에 의존한다.포화 상태의 용액은 용매 내에 용해 가능한 최대의 용질이 포함된 용액이다. 포화 상태의 최대량은 온도에 따라 달라진다. 이와 반대로 용액이 용질을 녹일 수 있는 최대치보다 적은 양을 포함하는 용액을 불포화 용액이라 한다.과포화 상태의 용액은 용액이 용해할 수 있는 용질의 최대량보다 더 많은 양의 용질을 포함하는 상태의 용액을 말한다. 과포화 용액은 용해도보다 많은 용질을 가지고 있기 때문에 안정하지 않으며, 시간이 지나면 용질이 용액으로부터 빠져 나와 결정을 형성하게 된다.실험방법1) 주머니 손난로의 무게를 잰다.2) 원형 스티로폼 단열재에 증류수를 225mL넣는다.3) 원형 스티로폼의 뚜껑에 온도계를 고정시키고 뚜껑을 닫는다.(안의 열이 빠져나가지 않도록 뚜껑을 누르고 있도록 한다)4) 증류수의 온도변화가 없을 때까지 기다린 후 온도를 측정한다. (5분가량)5) 뚜껑을 열고 발열을 시킨 주머니 난로를 재빠르게 넣는다.(이 때, 온도계가 직접적으로 주머니 난로에 닿지 않도록 한다)6) 온도변화가 없을 때까지 30초~1분 간격으로 온도를 측정한다.(원형 스티로폼을 20초에 한번씩 흔들어서 열이 골고루 전달되도록 한다)7) 에탄올 225mL로 같은 실험을 한다.기구와 시약주머니 난로(Sodium Acetate), 원형 스티로폼 단열재, 온도계, 메스실린더, 에탄올, 증류수, 초시계1. 실험기구실험기구모양용도사용법스티로폼 단열재일정한 온도가 유지되도록 외부로의 열손실이나 열의 유입을 적게 하기 위한 재료1. 일정한 온도가 유지되도록 하려는 부분의 바깥쪽을 피복한다.온도계온도를 측정하기 위해 사용1. 유리 온도계는 물체나 액체에 넣어서 온도를 측정한다.2. 전기 저항 온도계 역시 비슷하게 사용한다.메스 실린더용액의 부피를 측정하기 위해 주로 사용한다.1. 측정하고자 하는 용액의 양보다 약간 큰 것을 고른 다음 눈금의 크기를 확인한다.2. 눈금실린더를 기울여서 액체가 안쪽 벽면을 타고 내려가도록 하고 재려고 하는 양보다 적게 따른다.3. 눈금실린더를 수평한 곳에 두고 스포이드를 사용하여 용량을 정확히 맞춘다.4. 눈금을 읽을 때는 2~30cm 떨어진 곳에서 액체의 높이와 같게 눈의 높이를 조절하여 눈금을 읽는다.
실험목적금속과 금속이온 수용액과의 반응을 통해서 산화제와 환원제의 상대적인 세기를 정해본다.이론(1) 산화·환원 ① 산소의 이동과 산화-환원 산화 – 원소나 어떤 물질이 산소와 결합하는 반응 환원 – 원소나 어떤 물질이 산소를 잃는 반응 ② 전자의 이동과 산화-환원 산화 – 원자나 이온이 전자를 잃는 반응 환원 – 원자나 이온이 전자를 얻는 반응 산화-환원은 위의 두 가지 정의 외에도 산화수가 증가하면 산화, 감소하면 환원에 해 당한다. 산화-환원 반응은 어느 한 물질이 산화되면 다른 물질은 환원되는 동시성이 있는 반응이다. (2) 산화제·환원제 위에 상술했듯 산화 환원 반응은 동시성이 있는 반응이기 때문에 어느 원소가 산화수 가 증가하면 반드시 어떤 다른 원소는 산화수가 감소한다. 이렇게 물질이 산화하면 반드시 다른 물질이 환원된다. 반응 시 자신은 환원되고 다른 물질을 산화시키는 물 질을 산화제라고 하고, 환원제는 이와 반대로 자신은 산화되고 다른 물질을 환원시키 는 물질이다.(3) 금속의 활동도 서열(금속의 반응성) 금속의 이온화 경향이라고도 한다. 수소는 금속이 아니지만, 기준점으로 많이 삼기 때 문에 아래의 그림에 들어있다. 금속은 다른 원소와 화합물을 이룰 때 전자를 내놓는 데 금속마다 내놓는 능력이 다르다. 이 능력이 클수록 이온화 경향이 높다, 즉 반응성 이 크다고 할 수 있다. 수소보다 이온화 경향이 높은 경우는 산에 녹아 이온화되고, 산 속의 수소 이온이 전자를 얻어 수소 기체로 변한다. 서열에 아래 있는 금속은 낮 은 반응성 때문에 귀금속이라고 한다.
실험 결과레포트마그네슘의 연소 반응을 통한산소의 원자량 결정실험일시학과조학번이름담당교수실험결과완전연소①완전연소②완전연소③+5분반응 전 Mg의 질량 (g)0.1470.141반응 전 도가니 + Mg의 질량 (g)24.20423.139반응 후 도가니 + Mg 산화물의 질량(g)24.27523.178반응 후 결합한 산소원자의 질량(g)0.0710.039반응 후 Mg 산화물의 질량(g)0.2180.180연소 시간(분)9분 23초17분계산한 산소 원자량 (g/mol)11.76.7완전연소 : 눈으로 보았을 때 반응이 종결된 시점실험으로 구한 산소의 평균 원자량 : 9.2 g/mol관찰과 결과 분석1) 사포로 마그네슘 리본 표면을 문지르는 이유는 무엇인가?마그네슘은 쉽게 산소와 결합하여 산화한다. 실험에서는 순수한 마그네슘이 필요하기 때문에 산화되어 있을 수 있는 부분, 즉 표면을 사포로 문질러 은색이 날 때까지 산화된 부분을 제거해 질량을 측정하는 것이다.2) 결합한 산소의 원자량 구하는 과정을 쓰시오. (반응식과 함께)산화마그네슘 생성 반응식은Mg`+` {1} over {2} O _{2} `=`MgO이다.위의 반응식을 정수비로 맞추면 MgO는 산소 분자 하나(산소 원자 2개)와 마그네슘 원자 2개가 1:1로 결합하기 때문에 마그네슘과 산소 원자가 1:1로 결합함으로,(마그네슘 원자량 : 산소 원자량 = Mg의 질량 : O의 질량)이라는 비례식을 구할 수 있다.완전연소①24.3 : 산소 원자량 = 0.147 : 0.071산소원자량`= {`24.3` TIMES0.071} over {0.147} `=`11.7`g/mol완전연소②24.3 : 산소 원자량 = 0.141 : 0.039산소원자량`= {`24.3` TIMES0.039} over {0.141} `=`6.7`g/mol완전연소 ①, ②의 산소 원자량 평균 = 9.2 g/mol3) 관찰 및 결과 분석 2)에서 구한 산소의 원자량은 실제 원자량(16.00 g/mol)과 얼마나 차이가 나는가? 차이가 나는 이유는 무엇이라 생각하는가? (실제 원자량과의 차를 구하고 퍼센트 오차를 구하시오.)오차율(%)`=` {�樗肩逵�`-`실험값��} over {이론값} `` TIMES100, 산소 원자량 이론값 = 16.00 g/mol산소`원자량`오차율(%)`=` {��16.00`-`9.2��} over {16.00} `` TIMES100=`42.5%실제 원자량과 이번 실험에서의 원자량이 차이가 발생하는 이유는 다음과 같다.산화마그네슘 생성의 주반응은