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화학 예레+결레(생활 속의 산-염기분석)

생활 속의 산-염기 분석(Acid-Base Analysis in Life)1. 실험 목적산과 염기의 중화 반응을 이용해서 산이나 염기의 농도를 측정한다.2. 이론과일 주스를 적절히 발효시키면 알코올이 만들어지지만 충분히 발효시키면 톡 쏘는 신맛을 내는 식초가 만들어진다. 아세트산이라는 “산”이 만들어지기 때문이다. 이와는 달리 수산화 나트륨처럼 미끌거리며 쓴맛느낌을 주는“염기”라고 부르는 화합물도 있다.이러한 산과 염기는 우리 주변에서 매우 다양하게 조내하고 있으면서 일상 생활과 우리 몸속의 화학 변화에 중요한 역할을 하고 있다.브뢴스테드-로우리의 산-염기 이론에 따르면 수소이온을 내놓을 수 있는 물질을 “산” 이라고 하고, 수소 이온을 받아들일 수 있는 물질을 “염기”라고 한다. 아세트산 이외에 일양성자산인 염산과 다양성자산인 황산, 인산 등이 대표적인 산이고, 수산화 나트륨, 수한화 칼륨 ,수산화 칼슘, 암모니아 등이 대표저 염기이다. 주기율표에서 1족과 2족에 해당하는 알칼리 금속족과 알칼리 토금속족에 속하는 원소의 수산화 화합물들이 주로 염기에 해당하기 때문에 염기를 “알칼리”라고 부르기도 하지만, 암모니아처럼 알칼리족 원소의 화합물이 아니면서도 염기성을 나타내는 화합물도 많기 때문에 “알칼리”보다는 “염기” 라고 부르는 것이 더 일반적인 의미를 갖는다.산과 염기는 서로 대립적인 특성을 가지고 있고, 산과 염기가 함께 혼합되면 물과 염이 생성되는 “중화 반응” 이 일어난다. 양잿물이라고 부르는 부식성 강한 수산화 나트륨 수용액에 역시 부식성이 강한 염산을 당량비로 넣어주면 놀랍게도 염화 나트륨이 만들어져서 산과 염기의 부식성이 모두 없어져버린 소금물이 되는 것이 바로 그런 중화 반응의 예이다.HCl+NaOH`->`NaCl`+`H _{2} O#산과 염기의 중화반응은 매우 빠르고 화학량론적으로 일어나기 때문에 중화반응을 이용해서 수용액 속에 녹아있는 산이나 염기의 농도를 정확하게 알아낼 수 있다. 그런 실험을 산-염기 적정이라고 부를다. 적정 시에는 뷰렛을 농도를 정확하게 알고 있는 염기성 용액이나 산성 용액이 필요하다. 정확한 농도를 미리 알고 있는 용액을 표준 용액이라고 한다.적정 실험에서 중화 반응이 완전히 이루어졌다고 판단되는 상태를 “종말점” 이라고 부른다. 이상적으로는 종말점과 당량점은 같아야 하지만 여러 가지 불확정도 때문에 실제 종말점은 당량점과 정확하게 일치하지 않을 수도 있다.종말점을 정확하게 알아내기 위해서는 적정을 하는동안에 용액의 pH를 계속 확인해서 적정 곡선을 그리는 것이 가장 바람직하다. 용액의 pH는 유리전극을 이용하여 용액 중의 수소 이온의 농도를 직접 알아내는 pH미터를 사용해서도 측정할 수 있다. 유리 전극은 용액속의 수소 이온을 검출할 수 있도록 특수하게 처리한 얇은 유리막을 이용한다. 유리 전극은 증류수로 깨끗하게 씻은 후 사용해야 하고, 오랫동안 공기 중에 노출시켜두면 유리막의 표면이 말라서 못쓰게 되기 때문에 언제나 증류수 속에 넣어두어야 하며, pH를 측정할 때는 유리 전극이 용액에 충분히 잠기도록 해야 한다.pH 미터가 없을 경우에는 수용액의 pH에 따라서 색이 변하는 지시약을 사용하는 방법도 많이 사용된다. 지시약은 그 자체가 약산이나 약염기 구조를 가진 복잡한 유기 화합물이다. 그러므로 지시약을 너무 많이 사용하면 적정의 불확정도가 커지게 되므로 최소량을 사용해야한다. 그리고 지시약의 종류에 따라서 색이 바뀌는 pH 범위가 다르기 때문에 적정하는 산과 염기의 종류에 따라서 적당한 종류를 선택해야 불확정도를 최소화 할 수 있다.예를 들어서 강산인 염산을 강염기인 수산화 나트륨 크기 때문에 변색 범위가 6~8에 해당하는 브로모티몰블루, 페놀프탈레인 , 리트머스, 페놀레드 등이ml 다양한 지시약을 사용할 수 있다. 그러나 약산인 아세트산을 수산화 나트륨 으로 적정할 경우에는 당량점 부근에서의 pH변화가 작기 때문에 지시약을 현명하게 선택해야 한다. 이 경우에는 당량점에서의 용액이 약염기성이기 때문에 페놀프탈레인이나 티몰블루 또는 알라자린옐로우 등이 적당하다. 반대로 험 방법실험 A. 식초 분석0. 시판되고 있는 식초 10.00mL를 피펫으로 정확하게 취해서 250 mL 삼각 플라스크에 넣고 무게를 잰다.1. 약 40 mL의 증류수를 넣은 다음에 페놀프탈레인 지시약 2~3방울을 넣는다.2. 뷰렛에 0.5M 수산화 나트륨 용액을 조금씩 넣어주면서 용액을 잘 저어준다. 분홍색이 30초 이상 지속된 후 없어지면 수산화 나트륨 한 방울을 더 넣어주고 종말점으로 간주한다.3. 위 실험 과정을 한번 더 반복한다.4. 시간이 있으면 같은 실험을 pH 미터를 이용해서 반복한다. 수산화 나트륨 용액을 1 mL 씩 넣으면서 넣어준 수산화 나트륨 용액의 부피와 pH를 기록하고, pH가 급격하게 변하기 시작하면 수산화 나트륨 용액을 소량씩 넣으면서 pH를 측정한다.실험 B. 아스피린 분석0. 아스피린 알약 4~5알을 막자사발에 갈은 다음에 약 2g을 0.001 g 까지 정확하게 달아서 250mL 삼각 플라스크에 넣는다.1. 약 50mL 증류수를 넣고 아스피린이 완전히 녹도록 흔들어준다.2. 페놀프탈레인 지시약 2~3방울을 넣고 0.5M 수산화 나트륨 표준 용액으로 적정한다.3. 위 실험을 한 번 더 반복한다.4. 가능하면 같은 실험을 pH미터를 사용해서 반복한다.실험 C. 제산제 분석0. 시판되는 제산제를 막자사발에 갈은 다음 약 1g을 0.001g 까지 정확하게 측정해서 250mL 삼각 플라스크에 넣는다.1. 0,5M HCl 표준 용액 40mL를 피펫으로 정확하게 측정해서 넣고, 가열판을 이용해서 천천히 가열한다. 용액이 끓어서 튀어나가지 않도록 조심해야 한다.2. 제산제가 완전히 녹은 후에 가열한 용액을 실온으로 식히고 페놀프탈레인 2~3방울을 넣는다.3. 0.5M NaOH 표준 용액으로 적정한다.4. 실험을 한 번 더 반복한다.5. 가능하면 같은 실험을 pH 미터를 사용해서 반복한다.5. 참고중화(neutralization)산염기 반응이라고도 한다. 예를 들면, 염산 HCl과 수산화나트륨 NaOH가 반응하여 염화나트륨 NaCl과 물 H2O약을 사용하게 되는데, 적정의 과정에서 지시약의 색이 변해서 적정액의 투입을 중지하는 지점을 종말점이라 한다.실험시 당량점과 종말점이 반드시 일치하는 것은 아니다. 당량점과 종말점과의 차이가 적정오차인데, 적정에서는 당량점과 종말점이 일치하는 것이 이상적이다. 종말점과 당량점의 차이가 실험값과 이론값의 차이가 되므로, 실험오차가 된다.[네이버 지식백과] 당량점 [equivalence point, 當量點] (두산백과)종말점(end point)적정실험시 이론 및 계산적으로 구하는 당량점의 도달 여부는 눈으로 확인할 수 없다. 따라서 당량점에 도달했음을 확인하고 적정을 멈추기 위해서는 눈으로 확인할 수 있는 방법을 이용해야 한다. 실제 실험을 통해 실험자가 적정이 완료되었다고 판단하여 적정을 멈추는 지점을 종말점이라고 한다. 중화적정실험의 경우, 적정하는 물질을 조금씩 첨가해 나가다가 페놀프탈레인이나 BTB용액 등의 지시약의 색이 변하는 지점을 종말점이라고 판단할 수 있다. 지시약의 색깔 변화를 이용하는 방법 이외에도 전류·전위차·광도 등의 측정을 통해서 종말점을 구하는 방법도 있다.종말점과 당량점의 차이가 실험 오차이다. 그러므로 적정 시에는 당량점과 종말점이 가능한 한 가까운 적정실험의 방법을 선택해야 한다.[네이버 지식백과] 종말점 [end point, 終末點] (두산백과) 순수과학>화학>일반화학역적정(reverse titration)용량 분석에서의 적정법의 하나. 시료 용액에 표준액의 일정 과잉량을 가하여 충분히 반응시킨 후, 반응 나머지 표준액을 별도의 표준액으로 적정하여 문제의 성분량을 간접적으로 구하는 적정. 예를 들면, 농도를 모르는 수산화칼륨 10ml와 농도 1mol의 염산 20ml를 가하여 혼합액이 산성을 띠게 한다. 이 혼합액 속에 과잉의 산의 양을 측정하기 위하여 1mol의 수산화나트륨 용액을 중화될 때까지 적정을 한다. 이 중화점에 이르기까지에 소요된 수산화나트륨의 부피가 10ml였다고 하면 20~10＝10ml, 즉 1mol의 염산 10ml는실험에 따라서 전기전도도나 흡광도 등을 사용하는 경우도 있다.적정곡선을 통해서 시료용액에 들어있는 물질의 양이나 농도가 어느 정도인지를 알 수 있으며, 그래프가 비약하거나 불연속점을 나타내는 것으로 당량점의 위치를 판단할 수 있다.[네이버 지식백과] 적정곡선[titration curve, 滴定曲線] (두산백과)시약표화학식끓는점(분해 온도) 및 녹는점상태화학식량식초(아세트산)C _{2} H _{4} O _{2}끓는점 118.2℃녹는점 16.7℃액체60 g/mol아스피린 정제C _{9} H _{8} O _{4}분해온도: 자료없음녹는점:135 ℃흰색고체178.275 g/mol제산제종류 미정종류 미정종류 미정종류 미정수산화나트륨NaOH끓는점:1,388 °C녹는점:318 °C윤기나는 결정40.00 g/mol염산(염화수소)HCl끓는점:-84℃녹는점:-114℃무색의 기체36.46 g/mol페놀프탈레인C _{20} H _{14} O _{4}끓는점:정보 없음녹는점:262.5 ℃고체(크리스탈)318.33 g/mol6. 결과식초의 무게10.11g10.10NaOH 표준 용액의 농도0.5 M1.0 M소비된NaOH의 부피22.6 mL13.0 mL소비된NaOH의 몰수0.0113 mol0.013 mol식초의 몰수0.0113 mol0.013 mol아세트산의 질량0.678g0.78g식초의 순도6.71%7.72%식초의 순도 평균값:7.22%불확정도:sqrt {{(6.71-7.22) ^{2} +(7.72-7.22) ^{2}} over {2-1}} =0.7142128534 image 0.714생각해볼 사항1) 적정에서의 가능한 불확정도의 요인을 생각해 보아라.적정 실험은 눈을 통해 미지 용액의 색상 변화를 통하여 종말점을 측정한다. 따라서 중화점(당량점)을 찾기에 한계가 있어 알고자 하는 지미의 용액의 정확한 부피측정을 하는 것에 어려움이 있다. 또한또한 적정 실험은 미지의 용액이 첨가된 용액과 반응이 잘 일어나도록 용액을 섞어주어야 한다. 이때 섞어주는 과정에서 미지의 용액이 플라스크 벽면에 묻0.33

자연과학| 2019.04.13| 12페이지| 1,500원| 조회(252)

산과 염기, 화학 레포트, 생활 속의 산 염기 분석

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