대학화학실험(1) 보고서학번: B900000 이름: 000 분반: 00 조: 0조1. 실험 제목: 아스피린 합성2. 실험 목적: 유기산 무수물과 알코올을 반응시켜 해열제 또는 진통제로 사용되는 아스피린을 합성하고 수득률을 계산한다.3. 실험 이론:4. 기구 및 시약: 살리실산, 아세트산 무수물, 인산, 메스실린더(10㎖, 50㎖) 감압 여과장치, 스포이드, 중탕기, 50㎖ 삼각 플라스크, 여과지, 유리막대, 집게5. 실험 방법: ① 살리실산 2g을 50㎖ 삼각 플라스크에 넣는다.② 삼각 플라스크에 아세트산 무수물 5㎖와 인산을 10방울 가한다.③ 물중탕으로 70~80℃를 유지하면서 삼각 플라스크를 10분간 가열하여반응을 완결시킨다. (중탕기 온도 90℃)④ 반응이 완결된 후 플라스크에 증류수 2㎖를 천천히 가하여 과량 반응물인남아있는 아세트산 무수물을 분해한다. 이때, 아세트산의 증기가 발생하는지 관찰한다.(증류수를 조금씩 넣다 보면 기포가 발생하는 것이 보이는데 더이상 발생하지 않는 시점에서 ⑤로 넘어간다)⑤ 아세트산의 증기가 더이상 발생하지 않으면(기포가 더이상 보이지 않으면) 물 20㎖를 가한 후 냉각한다. (약 7~8분)⑥ 용액이 냉각됨에 따라 아스피린 결정이 석출되며 이때 유리막대로 저어주면 석출이 잘 일어난다. (유리막대에 가능한 아스피린이 많이 달라붙지 않게)⑦ 감압여과장치에 사용할 여과지의 질량을 잰 후, 감압여과장치를 이용하여 아스피린을 걸러준다.(추가적인 증류수는 최대한 적게 사용한다)⑧ 거름종이를 건조기에서 물기가 없도록 완전 건조시킨다.(건조기 온도 120도, 5~7분)⑨ 건조된 아스피린의 질량을 측정하고 수득률을 계산한다.6. 주의 사항: -폴리 글러브와 보안경을 착용한다.-중탕기 사용 시 목장갑을 착용한다.-실험이 끝난 후 다음 실험을 위해 깔끔히 세척한다.7. 결과 데이터:살리실산 질량(g)2.002아세트산 무수물의 부피(㎖)5아세트산 무수물의 질량(g)(d=1.08g/㎖)5.4합성한 아스피린의 질량(g)2.22이론적 아스피린 질량(g)(살리실산 Mw=138g/㏖,아스피린 Mw=180g/㏖)2.6113수득률(%)85.08. 고찰 및 의문점: 이번 실험은 유기산 무수물과 알코올을 반응시켜 아스피린을 합성하는 실험이다. 실험 결과 2.002g의 살리실산과 5.4g의 아세트산 무수물로부터 2.22g의 아스피린이 합성되었고 이 반응의 수득률은 85.0%이다. 수득률이 낮아진 데에는 다음과 같은 이유가 있을 수 있다. 우선, 아세트산 무수물의 부피를 측정할 때 오차가 있었을 수 있지만 5㎖로 기록하였다. 삼각 플라스크에 살리실산을 넣을 때 플라스크의 벽면에 살리실산이 묻어 이를 녹이는 과정에서 아세트산 무수물과 살리실산의 혼합물 일부가 흘러 손실되었다. 실험 과정에서 반응의 완결도를 직접 확인할 수 없어 예상되는 반응 완결 시간에 의존하였고 이 플라스크에 증류수를 넣을 때 기포를 관찰하기 어려웠다. 실제 환경에서는 화학 반응이 이상적으로 완결되지 않으므로 반응하지 않고 남아있는 한계 시약이 있을 수 있다. 아세트산 무수물의 밀도는 1.082g/㎖, 살리실산의 몰질량은 138.12g/㏖이고 아스피린의 몰질량은 180.16g/㏖이지만 계산의 편리를 위해 밀도는 소수점 둘째 자리에서, 몰질량은 소수점 첫째 자리에서 반올림하였다. 반올림하지 않고 계산한 수득률은 85.01%로 앞서 계산한 수득률과 유의미한 차이를 보이지 않는 것으로 보아 수득률 감소의 주원인은 한계 시약인 살리실산의 손실로 예측할 수 있다. 이 실험을 통해 아스피린의 합성 원리 및 과정에 대해 자세히 알 수 있었다.
대학화학실험(2) 보고서학번: B900000 이름: 000 분반: 00 조: 0조1. 실험 제목: 전기화학2. 실험 목적: 서로 다른 물질은 전자를 얻거나 잃는 데에 각기 다른 경향성을 지닌다. 이를 이용하여 몇몇 금속의 상대적 반응성(산화 전위)을 비교할 수 있다.3. 실험 이론:3.1. 산화 환원 반응전자의 이동이 있는 화학 반응을 말하며, 모든 화학 반응은 이 전자의 이동을 포함하기 때문에 산화 환원으로 나타낼 수 있다. 산소와 수소의 이동에 따라 산화와 환원을 나누는 경우도 있지만 산소와 수소로만은 설명할 수 없는 경우가 있어 기본적으로 전자의 이동에 따라 산화와 환원을 정한다. 화학 반응 중에서 전자를 얻는 것을 환원이라고 하고, 전자를 잃는 것을 산화라고 한다. 모든 산화 환원 반응은 하나만 일어나는 것 없이 동시에 일어나며, 산화된 물질이 잃은 전자 수와 환원된 물질이 얻은 전자 수는 같다. 전자를 주며 산화되는 물질을 환원제, 전자를 받으며 환원되는 물질을 산화제라고 한다. 강한 환원제일수록 전자를 잘 내어놓으므로 전자 친화도가 작은 금속류이고, 표준환원전위가 작다.3.2. 금속의 반응성금속이 전자를 잃고 양이온이 되려는 경향을 금속의 이온화 경향이라고 하며, 이온화 경향이 큰 금속부터 상대적 세기의 순으로 차례로 나열한 것을 이온화 서열이라 한다. 이온화 경향이 큰 금속일수록 산화가 잘 되어 반응성이 크고, 이온화 경향이 작은 금속일수록 환원이 잘 되어 금속 상태로 존재하려 한다. 한 금속을 다른 금속 이온의 수용액에 넣었을 때 반응 발생 여부에 따라 금속의 반응성을 비교할 수 있다. 금속을 다른 금속 이온 수용액에 넣었을 때 반응이 일어나면, 넣은 금속의 반응성이 크다고 할 수 있다. 만약, 금속을 다른 금속 이온의 수용액에 넣었을 때 반응이 일어나지 않으면, 수용액 속에 이온 상태로 있는 금속의 반응성이 큰 것이다. 금속을 동일 금속 이온 수용액에 넣었을 때는 반응이 일어나지 않는다.3.3. 알짜이온 반응식화학 반응을 할 때 구경꾼 이온을 제외하고 실제 반응에 참여하는 이온만 적은 반응식을 알짜 이온 반응식이라고 한다. 구경꾼 이온이란 실제 반응에 참여하지 않아 이온 반응식을 썼을 때 반응 전후 변화가 없는 이온을 뜻한다. 화학 반응식을 이온 반응식으로 바꾼 후에 이온 반응식에서 구경꾼 이온을 제외한 나머지 이온으로 반응식을 작성하면 알짜 이온 반응식이 된다. 알짜 이온 반응식을 보면 침전 반응과 같은 화학 반응의 본질을 쉽게 이해할 수 있다.4. 기구 및 시약: Cu / Pb / Zn 금속판, 알루미늄 호일, 0.5M CuCl2, 1M Cu(NO3)2, 1M Zn(NO3)2, 1M Pb(NO3)2, 100ml 비커 4개, 시험관 9개, 핀셋, 거름종이, 부흐너 깔때기, 아스피레이터5. 실험 방법: 1. 금속 치환 반응a. Al foil / 거름종이 무게를 측정한다.b. 0.5M CuCl2 20ml를 비커에 담고 색을 관찰한다.c. Al foil을 CuCl₂가 들어있는 비커에 담그고 발생하는 현상을 기록한다.d. 5분 후 반응이 끝나면 남아있는 고체를 감압여과한다.e. 거른 고체를 120℃에서 5분 동안 건조 시킨 후 무게를 측정한다.2. 금속과 금속염의 반응a. Cu / Zn / Pb 금속판을 각 3개씩 준비한다. (총 9개)b. 1M의 Cu(NO3)2 / Zn(NO3)2 / Pb(NO3)2 용액을100ml 비커에 약 10ml 씩 받아간다.c. 비커에 가져간 용액을 3개의 시험관에 나눠 담는다. (총 9개)d. 각 금속판을 시험관에 약 2분간 담아두고 변화를 관찰한다.e. 실험한 금속들에 대해 반응성을 순서대로 추려보고,알짜이온반응식을 세운다.6. 주의 사항: 시험관이 깨지거나 용액이 신체에 묻지 않게 주의한다.실험 후 금속판은 쓰레기통에 버린다.7. 결과데이터:7.1. 금속 치환 반응알루미늄 호일 질량: 0.100g석출된 Cu 질량: 0.622g석출될 Cu의 이론 질량:{0.100g`Al} over {26.98g/mol`Al} TIMES {3Cu} over {2Al} TIMES 63.55g/mol`Cu`=0.353g`Cu`수득률=` {0.622g} over {0.353g} TIMES 100%=176.2%7.2. 금속과 금속염의 반응Pb (s)Zn (s)Cu (s)Pb(NO₃)₂ (aq)×○×Zn(NO₃)₂ (aq)×××Cu(NO₃)₂ (aq)○○×1) 발생한 반응들의 알짜이온 방정식Pb(NO₃)₂ (aq) + Zn (s) → Pb (s) + Zn(NO₃)₂ (aq)Cu(NO₃)₂ (aq) + Pb (s) → Cu (s) + Pb(NO₃)₂ (aq)Cu(NO₃)₂ (aq) + Zn (s) → Cu (s) + Zn(NO₃)₂ (aq)2) 위의 금속들의 반응성 순서Zn > Pb > Cu8. 고찰: 이번 실험은 금속의 반응성 차이가 금속 치환 반응과 금속과 금속염의 반응에 어떤 결과를 가져오는지를 알아보는 실험이다. 첫 번째 실험에서는 알루미늄 호일을 염화구리 수용액에 넣은 직후 호일이 부서지며 바닥에 붉은 구리가 석출되기 시작했다. 이는 알루미늄 금속의 이온화 경향이 구리보다 커 알루미늄 금속이 이온으로 산화되고 구리 이온이 금속으로 환원된 것이다. 석출된 구리의 수득률이 매우 높게 나왔는데 거름종이의 수분이 충분히 제거되지 않았을 수 있다. 두 번째 실험에서는 납, 아연, 구리 금속판을 질산 납, 질산 아연, 질산 구리 수용액에 넣어 반응 여부를 관찰하였다. 실험 중 금속판을 잘못 넣었는데 다행히 같은 종류의 금속 수용액에 넣어서 반응이 일어나지 않아 실험을 이어서 진행할 수 있었다. 질산 구리 수용액은 푸른색을 띠고 반응이 진행되면 용액이 점점 투명해져 반응의 발생 여부를 판단하기 쉬웠다. 실험 결과, 구리판을 넣었을 때 세 용액 모두 반응이 없었으므로 구리의 반응성이 가장 작고 아연판을 넣었을 때 질산 아연 수용액을 제외한 두 용액에서 모두 반응이 일어났으므로 아연의 반응성이 가장 크다. 이론상, 금속의 반응성은 Zn > Pb > Cu인데, 이는 실험 결과와 일치한다.
1. 실험 제목: 용해도와 분별 결정2. 실험 목적: 용해도와 분별 결정의 개념을 이해하고, 용해도 차이를 이용하여 혼합물을 분리한다.3. 실험 이론: 3.1 용해도특정 온도에서 주어진 용매 100ml당 녹을 수 있는 용질의 g수를 말한다. 용질이 기체인 경우 물 1ml당 녹을 수 있는 용질의 mol수를 뜻한다. 용액에 녹아 있는 용질의 양과 용해도에 따라 용액을 포화 용액((동적)평형), 불포화 용액(용해도>용질), 과포화 용액(용해도<용질)으로 나눈다. 용해도는 용매와 용질의 성질, 온도에 영향을 받으며 기체의 경우 압력에도 의존한다. 용매와 용질의 분자 구조가 극성 여부를 결정하고, ‘(성질이) 비슷한 것은 비슷한 것을 녹’이므로 분자 구조가 용해도에 영향을 준다고도 할 수 있다. 고체 용질의 경우 대체로 용해도가 온도와 비례하나 예외가 존재하고, 기체 용질의 경우 용해도가 온도에 반비례한다. 압력에 대해서는 기체의 압력과 용해도는 비례함을 나타내는 헨리의 법칙을 사용한다.
대학화학실험(2) 보고서학번: B900000 이름: 000 분반: 00 조: 0조1. 실험 제목: 어는점 내림에 의한 분자량 측정2. 실험 목적: 용액의 총괄성에서, 묽은 용액의 경우 라울의 법칙인 어는점 내림과 용질의 몰랄농도는 비례함을 이용하여 용질의 분자량을 구할 수 있다.3. 실험 이론:3.1 증기압강하, 어는점 내림, 끓는점 오름증기압내림이란 불휘발성 물질을 함유하는 용액 중 용매의 증기압이 순 용매에 비해 낮아지는 현상으로, 라울의 법칙이 성립한다.끓는점오름은 비휘발성 용질이 용매의 증기압 낮춰 1atm되기 위해 용액을 순수용매 bp보다 더 높은 온도로 가열해야 되는 현상. 델타Tb= Kb*m용질.어는점내림은 용액속 물이 순수 얼음보다 낮은 증기압을 가짐. 근데 온도 낮아지면 얼음 증기압이 물보다 빨리 감소해서 얼음 증기압과 물증기압이 같아지는 순간이 오는데, 이때가 새로운 어는점.3.2 라울의 법칙P용액= 용매몰분율x * P0용매.비휘발성 용질을 갖는 용매의 증기압 나타낸다. 만약 용매용질이 모두 휘발성이면 변형된 형태의 라울법칙인 ~가 적용된다. 이상용액이나 그에 가까운 경우(비극분-비극분) 잘 맞으며, 용매-용질 상호작용의 힘이 크면(극-극) 음의 편차를, 작으면(극-비) 양의 편차를 나타낸다.3.3 몰농도, 몰랄농도, 노르말농도몰농도= 용질의몰수/용액리터수, 용액1리터에 들어있는 용질의 몰수. M으로 나타낸다. 몰랄농도는 용질몰수/용매질량킬로수. 용매 1kg에 녹아있는 용질의 몰수. m으로 나타낸다. 노말농도는 용액 1L속에 있는 용질의 당량수로 나타낸다. 산-염기 반응에서 1당량은 양성자 1몰을 내놓거나 받아들이는 산이나 염기의 질량이고 산화-환원 반응에서는 1mol의 전자를 받아들이거나 내놓을 수 있는 산화제 또는 환원제의 양이다.4. 기구 및 시약: 시험관, 나프탈렌, 유황, 온도계, 초시계, 중탕기, 시약스푼 2개, 유리막대5. 실험 방법: a. 중탕기의 물을 반 이상 채우고, 전원을 켠다.b. 나프탈렌 5g을 측정하여 시험관에 넣어준다.c. 그림과 같이 시험관을 설치 한 후 중탕한다.d. 85℃부터 10초당 온도를 측정한다. (300초 까지)* 온도계 사용 시 수은주가 나프탈렌에 충분히 잠기도록 할 것!e. 굳은 나프탈렌을 중탕기에 넣어 다시 녹인다.f. 0.1g의 유황을 측정하여 용해된 나프탈렌에 넣고 녹을 때까지 젓는다.g. 5g의 나프탈렌에 0.1g의 유황이 추가된 시험관을 (d) 과정과 동일하게 진행한다.6. 주의 사항: 나프탈렌을 시험관의 벽에 닿지 않게 조심히 넣어준다.황이 저울에 묻을 경우 잘 닦아 준다.사용한 시험관은 폐기한다.나프탈렌 증기에 의한 화재 및 가열장치에 의한 화상에 주의한다.온도계는 뜨거운 물을 이용하여 깨끗이 세척한다.7. 결과데이터:나프탈렌의 질량:85℃에서 냉각 시 시간에 따른 나프탈렌의 온도 변화시간(s)온도(℃)어는점:황의 질량:85℃에서 냉각 시 시간에 따른 나프탈렌과 황 용액의 온도 변화시간(s)온도(℃)어는점:8. 고찰: 온도계 눈금은 시시각각 변하는데 소숫점 포함한 정확한 값 읽기가 어려웠다. 그렇다고 소숫점 첫째 자리에서 값을 반올림하니 온도가 변하지 않는 구간이 너무 많이 나와서 온도변화가 작아도 열심히 보려고 노력해야 했다. 이론상으론 계속해서 온도가 낮아지다가 상변화가 일어나는 동안 한 번 멈추고 다시 계속 낮아져야 하는데 실험에서는 멈추는 구간이 너무 많이 나왔다. 황의 이론 몰질량을 알고 그 값이 나오기 위한 어는점 내림값을 알고 있어서 비슷하게 나온 것 같다. 용매와 용질 섞은 후 온도변화의 정체 구간이 75도 근처에서 1번 72도 근처에서 1번 있었는데 75도라 하기에는 어는점 내림이 1도밖에 안 돼서 황의 원자량이 137g/mol이 나와 72도라 기록하였다. 황 가루를 넣을 때 흘린 양을 추측해서 질량에서 빼줬는데, 이 과정에서 오차가 있었을 것이다. 또한, 유리막대로 나프탈렌을 젓고 들어올릴 때 막대에 나프탈렌이 굳어 용액에서 제거되었으므로 나프탈렌의 양은 5.041g보다 적을 것이다.
대학화학실험(2) 보고서학번: B000000 이름: 000 분반: 00 조: 0조1. 실험 제목: 클렌징크림 만들기2. 실험 목적: 생활에서 흔히 접할 수 있는 원료로부터 클렌징크림을 만들어 보고 합성에 이용되는 에멀젼 반응을 이해한다.3. 실험 이론:1. 에멀젼액체가 다른 액체에 콜로이드 상태로 퍼져 있는 용액이다. 주로 서로 섞이지 않는 두 액체 사이에 일어난다. 두 액체는 용매(연속상)와 용질(분산상)에 따라서 여러가지 유화액을 형성한다. 기름과 물을 예로 들면, "물 안에 기름이 들어간 경우(O/W)"와, "기름 안에 물이 들어간 경우(W/O)"가 가능하다. 중첩된 유화액 상태(다중 에멀젼)도 가능하다. 대부분의 에멀전은 두 개의 액상뿐 아니라 에멀전을 안정화하는 유화제와 같은 성분을 포함한다.2. 에멀젼화제서로 혼합하지 않는 두 종의 액체를 안정한 에멀젼으로 만드는 제3의 물질이다. 유화제라고도 한다. 일반적으로 한 분자 속에 친수성 원자단과 친유성 원자단을 양쪽으로 가진다. 일반적으로 에멀젼화제는 계면활성제이다. O/W형에는 수성 에멀션화제가 알맞으며, 알칼리비누·합성세제·단백질 등이 있다. 또 W/O형에는 유성 에멀션화제가 적합한데, 중금속비누·라놀린·다가 알코올의 지방산에스터 등이 있다.3. 클렌징의 세척원리계면활성제의 친유성기 부분이 오일을 둘러싸 수성 성분 속에 분산시킴으로써 화장품 안의 유성과 수성 성분이 잘 섞이도록 한다. 계면활성제로 인해 물과 오일의 경계가 무너지면 오일이 외부로 나오게 되면서 씻겨진다.4. 기구 및 시약: Paraffin solid, Stearic acid, Sodium borate, 미네랄오일, 증류수, 50ml 메스실린더 2개, 전자온도계, 교반기, 100ml 비커 2개, 마그네틱 바, 자석, 종이컵, 유리막대, 테스트용 색조화장품5. 실험 방법: 1. 용액 A 만들기a. 100ml 비커에 Paraffin solid 3g을 넣고 녹을 때까지 가열한다.(100℃)b. Paraffin이 다 녹으면 Stearic acid 0.24g 과 미네랄오일 18ml를 넣은 후 녹인다. (교반기 위에 비커를 계속 올려둔다.)2. 용액 B 만들기a. 새로운 100ml 비커에 증류수 20ml 을 넣고 가열한다. (100℃)b. 용액의 온도가 올라간 후, Sodium borate 0.24g을 증류수에 넣은 후 녹인다.3. 에멀젼 만들기a. 용액 A를 겹친 종이컵에 붓고 비커를 바로 설거지한다.b. 종이컵에 마그네틱 바를 넣은 후 교반기를 이용하여 저어준다.c. 용액 B를 용액 A에 천천히 가해 준다.(1분)d. 자석으로 마그네틱 바를 빼고 클렌징크림이 식을 때까지 기다린다.e. 손에 색조화장품을 발라서 휴지만 사용하여 닦은 것과 클렌징크림을 이용하여 닦은 것을 비교한다.6. 주의 사항: ?Paraffin solid와 미네랄 오일은 불이 붙기 쉬운 물질이므로 과열되지 않도록 주의한다.?Sodium borate는 화장품 제조에서 많이 사용되는 화학물질이지만 개인에 따라 민감하게 반응할 수도 있다.?사용 후 남은 클렌징크림은 휴지를 넣어 종이컵 채로 폐기한다.(폐수구X)?파라핀을 사용한 비커는 휴지를 사용해 1차 세척 후, 세제를 이용하여 깨끗이 세척한다.?테이블 정리 후 검사를 받고 간다.7. 결과데이터:8. 고찰 :만든 클렌징크림의 제형이 크림이라기보단 세제 거품처럼 묽고 가벼운 느낌이었다. 파라핀을 녹여 사용할 때 비커 표면에 묻은 파라핀이 잘 섞이지 않았거나 종이컵에 부을 때 비커에 남아있던 양이 증류수가 들어있던 비커에 남은 양보다 비교적 많아 혼합 용액의 제형이 보다 묽어진 것으로 생각된다. 손등에 색조 화장품을 바르고 각각 건조한 휴지로 문질렀을 때(위)와 클렌징크림을 묻힌 손으로 문지른 후 휴지로 닦아냈을 때(아래)를 비교해 보면 제작한 클렌징크림이 세정효과가 있음을 알 수 있다.
전기화학 (금속의 상대적 반응성 비교)
