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화학및실험1 재결정 결과레포트

1. 실험 결과1) 분리와 재결정에 사용한 혼합 시료의 무게 : 2g2) 벤조산을 중화시키는데 사용한 NaOH의 부피 4mL3) 실험A에서 얻은 아세트아닐라이드의 무게 : 0.85g4) 수득률 ={실제`실험`값} over {이론`값} ` TIMES 100(%)={0.85} over {1} TIMES 100=85%5) NaOH 용액을 첨가하지 않고 무게비로 1:1로 혼합된 벤조산과 아세트아닐라이드 2.00g을 25℃의 물 30.0mL로 재결정할 때 얻어지는 고체의 조성을 계산하여라.벤조산의 물에 대한 용해도는 25℃에서 3.4g/L이고,아세트아닐라이드의 물에 대한 용해도는 25℃에서 5.4g/L이므로물 30mL에 녹을 수 있는 각각의 질량은벤조산=3.4*0.03=0.102g아세트아닐라이드=5.4*0.03=0.162g이다따라서 벤조산은 1g- 0.102g = 0.898g 이 석출되고 아세트아닐라이드는 는 1g-0.162g= 0.838g 이 석출된다6) 위의 화합물에서 두 화합물을 분리시키는 다른 방법을 생각해보자약염기인`NaHCO _{3} 를`이용하여`분리한다C _{6} H _{5} COOH`(벤조산)이NaHCO _{3}(탄산수소나트륨수용액)이 만나면이온화되어C _{6} H _{5} COO ^{-} +H ^{+}가 되므로이온화 되지 않은 아세트아닐라이드만 분리가 가능하다7) NaOH를 4mL 넣어주는 이유:시료의 50%가 벤조산이라고 가정하였으므로벤조산의 몰수= 1g x{1`mol} over {122.13`g} = 0.00819 mol이고증류수 30ml를 첨가하여 용액의 몰농도를 구하면몰농도={용질의`몰수} over {용액의 부피}={0.008189mol} over {0.03L}=0.273 M이다.MV=M’V’ 이므로0.273 x 0.03L = 3M xxLx=2.73*10 ^{-3} 이다.벤조산을 모두 중화시키기 위해xL=2.73mL 1.5배의 NaOH를 넣었으므로 2.73mL x 1.5 = 4.095mL이다. 따라서 대략 4mL를 더 넣어준다8)2. 토의이번 실험은 산-염기 성질을 이용하여 용해도가 비슷한 두 물질을 분리, 정제하는 실험으로 실험에는 벤조산과 아세트아닐라이드 시료를 사용하였다. 벤조산과 아세트아닐라이드의 용해도는 비슷하여 둘 다 물에 약간 녹지만, 이 두 시료의 1:1 혼합용액과 NaOH와 함께 섞으면 벤조산이 염기성용액에서 해리되어 벤조산의 용해도가 높아진다. 따라서 혼합용액을 가열한 후 다시 냉각시키면 아세트아닐라이드만 용액 밑으로 침전되고 이 용액을 거름종이에 걸러 침전물 즉, 아세트아닐라이드를 얻게 된다. 마지막으로 거름종이를 오븐에서 말려 결정을 얻어낸다. 얻은 결정의 질량은 이론적으로 1g이 나와야 하지만 우리 조 실험에서는 0.85g이라는 값이 나와 수득률이 85%이었다. 이러한 오차가 생기게 된 이유로는 거름종이에 침전물을 거를 때에 천천히 걸러야 하는데 속도 조절을 잘 하지 못하여 거르는 과정에서 여과물이 거름종이 밖으로 새어 나가는 일이 있었다. 따라서 이 부분에서 질량 손실이 크게 발생했을 것이다. 또한 침전물이 석출되는 시간을 충분히 길게 하지 못하여 아세트아닐라이드가 완전히 침전되지 않았을 가능성도 있다.

공학/기술| 2024.06.27| 2페이지| 1,000원| 조회(102)

재결정, 일반화학실험, 화학및실험

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화학공학실험 이중관열교환기

이중관 열교환기1. 실험 제목이중관 열교환기2. 실험 날짜3. 실험 목적이중관 열교환기의 구조를 이해하고, 열교환기 내의 열수지식을 알아본다. 이를 통해 냉각수의 유량을 토대로 향류 및 병류 흐름의 총괄 열전달 계수와 열효율을 계산한다.4. 실험 이론1. 열온도 차이에 의해 한 물체에서 다른 물체로 전달되는 에너지를 열(heat)이라고 한다. 열의 열역학적 정의는 '일이나 물질의 교환 없이 한 계에서 다른 계로 전이되는 에너지'를 말한다. 계가 가지는 에너지는 열과 일의 형태로 다른 계 또는 주위에 전달된다. 하지만, 열과 일은 전달되는 에너지를 말하며, 계가 가지는 에너지가 열은 아니다.2. 열전달온도는 열의 크기를 말한다. 온도가 변화하는 원인은 열이며 분자의 운동을 의미한다. 물질의 온도가 상승하면 물질의 운동이 활발해지고 온도가 내려가면 분자운동이 작아지게 된다. 열은 에너지라고 할 수 있으며 고온에서 저온으로 이동한다. 열전달이란 온도가 서로 다른 두 물체가 있을 때 두 물체의 온도가 같아질 때까지 온도가 높은 물체에서 낮은 온도의 물체로 에너지가 이동하게 되는 현상이다.2-1) 전도두 물체가 접촉해서 분자의 운동이 전달되어 열이 이동하는 현상이다. 전도는 연속체 내에 온도 구배가 있을 때 열이 그 구성성분의 어떤 가시적 이동 없이 흐르는 것으로 온도가 다른 두 물체가 접촉해 있을 때 높은 온도의 물체에서 낮은 온도의 물체로 일어나기도 하고, 한 물체 내에서도 온도 차이가 생기면 일어나기도 한다. 즉, 열에너지가 물질의 이동을 수반하지 않고, 온도 구배에 의해 고온부에서 저온부로 연속적으로 전달되는 현상이다. 고체, 액체, 기체에서 모두 발생한다.2-2) 대류유체의 경우는 대류를 통해서 지배적으로 열전달이 일어난다. 대류는 구성하는 분자들의 밀도 차이에 의해 순환하는 과정에서 열이 이동하는 현상이다. 대류에는 자연대류와 강제대류가 있다.자연대류는 온도 변화에 따라 유체의 밀도 변화가 일어나며 가벼운 유체가 중력에 의해 위로 가는 현상이다. 강제대류는 {ln( {T _{hi} -t _{ci}} over {T _{ho} -t _{co}} )} =` {TRIANGLE t _{1} - TRIANGLE t _{2}} over {ln( {TRIANGLE t _{1}} over {TRIANGLE t _{2}} )} `Thi : 들어가는 뜨거운 유체, Tho : 나오는 뜨거운 유체tci : 들어가는 차가운 유체, tco : 나오는 차가운 유체5. 기구 및 시약1. 이중관열교환기(온도계, 압력계, 벨브 ,유량계)2. 증류수6. 실험 방법5-1) 열교환기 수조에 물을 채운뒤 히터를 켜서 60℃까지 온도를 올린다.5-2) 펌프와 히터를 둘다 켠 뒤, T1이 60℃로 예열이 되면 Hot water 유량을 1로 맞춘 뒤 (검은선), 싱크대에서 찬물을 켜서 찬물을 열교환기로 흘려 보내준 뒤, cold water 유량을 1로 맞춘다. (밸브를 오른쪽으로 돌리면 유량이 낮아짐.)5-3) 싱크대로 나오는 cold water를 10초 동안 받아서 유량을 측정한 뒤, 10분 뒤에 온도를 기록한다.5-4) 측정이 끝나면 Hot water의 유량은 1로 유지한 상태로 Cold water의 유량만 1~4까지 변경하면서 3)번 과정을 반복한다.(cold water 유량 변경 시 Hot water 유량이 달라질 수 있으니 지켜 보면서 유량 조절)5-5) 위 실험을 병류와 향류 흐름일 때 각각 측정한다.5-6) 실험을 완료하면, 이중관 열교환기 전원과 차단기를 내리고 수조 쪽 밸브를 열어 수조 안의 뜨거운 물을 뺀다.7. 참고사항7-1) 총괄 열전달 계수 (overall heat transfer coefficient)열전달에 있어서 열이동의 빠르기를 나타내는 계수의 총칭이다. 총괄 열전달 계수는 열이 전달되는 매체의 두께와 열전도도의 영향을 받는다. 계수가 클수록 열이 열원에서 가열되는 제품으로 더 쉽게 전달된다. 열교환기에서 총괄 열전달 계수 (U)와 열전달률 (Q)의 관계는 다음과 같은 방정식으로 나타낼 수 있다.Q=UA TRIANGLE T _{어사전, 1996. 4., 환경용어연구회)https://terms.naver.com/entry.naver?docId=626854&cid=50321&categoryId=50321[네이버 지식백과] 열전달 (물리학백과)https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3537150&cid=60217&categoryId=60217TLV, 총괄 열전달 계수, 2024.03.14.https://www.tlv.com/ko-kr/steam-info/steam-theory/steam-basics/overall-heat-transfer-coefficientSWEP, basic heat transfer, 2024.03,14https://www.swep.net/industrial-handbook/basic-heat-transfer/[네이버 지식백과] 총열전달계수 (식품과학기술대사전, 2008. 4. 10., 한국식품과학회)https://terms.naver.com/entry.naver?docId=297012&cid=60262&categoryId=60262tistory, “전열교환기란 무엇인가?(이중관, 판형 열교환기)”, 2020. 3. 29,https://earnings-surprise.tistory.com/109위키.해쉬넷 열량http://wiki.hash.kr/index.php/%EC%97%B4%EB%9F%89[네이버 지식백과] 열효율 (물리학백과)https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5741379&cid=60217&categoryId=60217Yunus a. Cengel, Cengel의 기본 열전달, 조영희 외 4인, McGraw-Hill Education, p357~p3719. 실험 결과? Data 정리향류병류1:11:21:31:41:11:21:31:4T160.3℃60.3℃60.4℃60.3℃T160.5℃60.5℃60.5℃60.3℃T257.5℃57.0℃58.0℃57.9℃T258.2℃58.4℃58.3℃58.0℃t.0) CENTIGRADE } over {(60.3-18.9) CENTIGRADE } TIMES 100%#````=7.97%(3) 향류 1:3유량 :{450mL} over {10s} TIMES {1m ^{3}} over {10 ^{6} mL} =4.50 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /s유속 :{유량} over {단면적} = {4.50 TIMES 10 ^{-5} m ^{3}} over {s} TIMES {1} over {0.007m ^{2}} =6.43TIMES 10 ^{-3} m/s열량 :q= {dot{m}} C _{p} (t _{1} -t _{2} )= {4.50 TIMES 10 ^{-5} m ^{3}} over {s} TIMES {1000kg} over {1m ^{3}} TIMES {1Kcal} over {kgㆍ CENTIGRADE } TIMES (49.3-18.3) CENTIGRADE TIMES {3600s} over {hr}#```=4.94 TIMES 10 ^{3} Kcal/hr대수평균온도차 :TRIANGLE {bar{T _{L}}} = {TRIANGLE T _{1} - TRIANGLE T _{2}} over {ln LEFT ( {TRIANGLE T _{1}} over {TRIANGLE T _{2}} RIGHT )} = {(T _{1} -t _{1} )-(T _{2} -t _{2} )} over {ln LEFT ( {T _{1} -t _{1}} over {T _{2} -t _{2}} RIGHT )} = {(60.4-49.3) CENTIGRADE -(58.0-18.8) CENTIGRADE } over {ln LEFT ( {(60.4-49.3) CENTIGRADE } over {(58.0-18.8) CENTIGRADE } RIGHT )}##````````````````=22.27 CENTIGRADE U= {q} over {A DELTA {bar{T _{L}}}} = {4.94 TIMES 10 ^{3} Kcal/hr} over {0.007m ^{2 over {hr}#```=2.91 TIMES 10 ^{3} Kcal/hr대수평균온도차 :TRIANGLE {bar{T _{L}}} = {TRIANGLE T _{1} - TRIANGLE T _{2}} over {ln LEFT ( {TRIANGLE T _{1}} over {TRIANGLE T _{2}} RIGHT )} = {(T _{1} -t _{1} )-(T _{2} -t _{2} )} over {ln LEFT ( {T _{1} -t _{1}} over {T _{2} -t _{2}} RIGHT )} = {(60.5-19.4) CENTIGRADE -(58.4-46.3) CENTIGRADE } over {ln LEFT ( {(60.5-19.4) CENTIGRADE } over {(58.4-46.3) CENTIGRADE } RIGHT )}##````````````````=23.72 CENTIGRADE U= {q} over {A DELTA {bar{T _{L}}}} = {2.91 TIMES 10 ^{3} Kcal/hr} over {0.007m ^{2} TIMES 23.72 CENTIGRADE }#``````=1.75 TIMES 10 ^{4} Kcal/hrㆍm ^{2} ㆍ CENTIGRADEeta = {T _{1} -T _{2}} over {T _{1} -t _{1}} TIMES 100%= {(60.5-58.4) CENTIGRADE } over {(60.5-19.4) CENTIGRADE } TIMES 100%#````=5.11%(7) 병류 1:3유량 :{450mL} over {10s} TIMES {1m ^{3}} over {10 ^{6} mL} =4.50 TIMES 10 ^{-5} m ^{3} /s유속 :{유량} over {단면적} = {4.50 TIMES 10 ^{-5} m ^{3}} over {s} TIMES {1} over {0.007m ^{2}} =6.43TIMES 10 ^{-3} m/s열량 :q= {dot{m}} C _{p} (t _{2} -t _{1} )= {다.

공학/기술| 2024.06.27| 17페이지| 2,000원| 조회(177)

화학공학실험, 이중관열교환기

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일반화학실험 몰질량측정

몰질량 측정1.실험제목: 몰질량 측정2.실험날짜:3.실험목적: 이상기체 상태 방정식을 이용해서 쉽게 증발하는 기체의 몰질량을 결정한다.4. 이론: 원자나 분자는 매우 작은 입자이기 때문에 질량을 직접 측정하기는 매우 어려우므로 상대적인 방법을 이용하여 나타낸다. 질량수 12인 탄소의 원자 몰질량을 12라고 정의하고, 이 동위원소 12g에 들어있는 탄소 원자의 수를 아보가드로 수(6.02*10 ^{23})라고 하며, 아보가드로 수만큼의 원자 또는 분자를 1몰이라고 정의한다. 따라서 분자의 몰질량도 1몰에 해당하는 분자의 질량을 탄소원자 1몰의 질량과 비교하여 결정한다.기체의 몰질량을 가장 간단하게 측정하는 방법은 기체의 상태 방정식을 이용하는 것이다. 대부분의 기체는 상온, 상압에서 이상기체 상태 방정식을 어느 정도 만족시키므로 기체의 부피, 온도, 압력과 함께 용기를 모두 채우는 대에 필요한 물질의 질량 W를 측정하면 이상기체 상태방정식M= {WRT} over {pV} 로부터 몰질량 M을 구할 수 있다.5. 실험 기구 및 시약A: 실험 기구100mL 둥근 바닥 플라스크 또는 삼각 플라스크500mL 비커10mL 눈금 피펫바늘온도계가열기스탠드, 클램프, 링 또는 삼각대 (링 대신 삼각대를 사용하는 것이 더 안전하며, hot plate를 이용하면 링이나 삼각대를 사용하지 않아도 된다.)쇠그물망화학 저울알루미늄 박종이수건50mL 눈금 실린더면장갑B: 시약CH _{3} COOCH(CH _{3} ) _{2} (isopropyl acetate, 이소프로필아세테이트)분자량: 102.13끓는점: 89℃녹는점: -73℃밀도:0.872g/cm ^{3}(CH _{3} ) _{2} CHOH` (isipropyl alcohol, 이소프로필알코올)분자량: 60끓는점: 82.6 °C녹는점: ?89 °C밀도:0.786g/cm ^{3}CH _{3} COOC _{2} H _{eqalign{5#}} (ethyl acetate, 에틸아세트산)분자량: 88.11끓는점: 77.15℃녹는점: -83.67℃밀도:0.786g/cm ^{3}위 세가지 시료 중 하나 또는 둘을 택하여 사용한다.6.실험 방법1) 깨끗하게 씻어서 말린 100mL 둥근 바닥 플라스크에 알루미늄 박으로 뚜껑을 만들어 씌우고, 바늘로 작은 구멍을 뚫는다. 구멍의 크기는 작을수록 좋다.2) 뚜껑을 덮은 플라스크의 무게를 화학 저울을 사용하여 정확하게 측정한다.3) 플라스크에 약 3mL의 액체 시료를 넣고 뚜껑을 다시 막고 스탠드에 고정시킨다.4) 500mL 비커에 물을 절반 정도 채우고 끓을 때까지 가열한다.5) 플라스크를 비커의 바닥에 닿지 않을 정도로 물 속에 깊이 넣는다.6) 끓는 물의 온도와 대기압을 측정하고, 플라스크 속의 액체가 모두 기화할 때까지 기다린다. 플라스크를 비커에서 꺼내면 안 된다. 뚜껑에 뚫린 구멍을 옆에서 자세히 관찰하면 빛의 산란 때문에 기체가 새어 나오는 것을 관찰 할 수 있다. (휴대용 전지를 사용하면 좋다.)7) 플라스크의 액체가 모두 기화하면 잠시 기다린 후에 플라스크를 끓는 물에서 꺼내 식힌다. 플라스크는 매우 뜨거우므로 손으로 만지지 말고 면장갑을 끼고 꺼낸다.8) 플라스크 바깥에 묻어 있는 물기를 종이수건을 사용해서 완전히 닦아낸다.9) 바깥을 완전히 말린 플라스크와 뚜껑의 무게를 다시 측정한다.10) 플라스크를 깨끗하게 씻은 후에 증류수를 가득 채우고, 눈금 실린더를 사용해서 증류수의 부피를 측정하고 이 값을 이용해서 플라스크의 부피를 계산한다.11) 시간이 허용되면 위의 실험을 한 번 더 반복한다.7. 참고사항*이상기체, 이상기체 상태 방정식:이상기체란 계를 구성하는 입자의 부피가 거의 0이고 입자간 상호 작용이 거의 없어 분자간 위치에너지가 중요하지 않으며 분자간 충돌이 완전탄성충돌인 가상의 기체를 의미한다.이상기체 상태방정식이란 이러한 기체의 상태량들 간의 상관 관계를 기술하는 방정식이다. 압력, 부피, 온도를 각각 P, V, T라고 할 때?PV=nRT로 나타나며 이 때 n은 기체의 몰수이고, R은 기체 상수를 의미하며 8.3143 m3·Pa·K-1·mol-1의 값을 가진다.보일의 법칙온도가 일정할 때 기체의 압력과 부피는 서로 반비례 관계에 있다. 즉 압력을 2배, 3배로 키울 때 부피는 1/2, 1/3이 된다. 이는 1662년 영국의 과학자 로버트 보일이 기체의 압력과 부피 사이의 관계를 조사하여 알아낸 결과로써 이상기체 상태방정식에서 P=nRT/V=상수/V로 표현된다.샤를의 법칙1787년 프랑스의 과학자 샤를이 발견한 법칙으로 기체의 압력을 일정하게 유지할 때 기체의 온도를 높이면 기체의 부피가 증가하게 됨을 기술한다. 기체의 부피와 온도 사이에 존재하는 이러한 규칙을 샤를의 법칙이라고 명명하고 V=nRT/P이므로 V와 T는 서로 비례 관계에 있음을 알 수 있다.?[네이버 지식백과]?이상기체상태방정식?[ideal gas equation, 理想氣體狀態方程式] (두산백과)*몰질량몰 질량은 어떤?분자의 개수가 1mol일 때 그?질량을 가리키는 단위이다. 몰 질량의?국제단위계?단위는?kg/mol이지만 역사적인 이유로 거의?g/mol 단위를 사용한다.원소의 경우?원자 질량에?원자 질량 단위?대신 몰 질량 단위?g/mol를 붙이면 몰 질량이 된다.- https://ko.wikipedia.org/wiki/몰_질량*기화증발이라고도 한다. 액체가 기체로 되는 현상.?1) 액체의 표면에서 증기를 발생하는 현상을?증발.?2) 액체의 내부에서?거품이 되어 심하게 증기를 발생하는 현상을 비등이라고 하지만,?양자를 합쳐 기화라고 한다. 경우에 따라 기화는?증발과 동의어로 쓰이는 경우도 있다.- 식품과학기술대사전?|?기화8. 실험 결과1) 플라스크와 알루미늄 뚜껑의 처음 무게 : 57.00 g2) 식힌 플라스크와 뚜껑의 무게 : 57.76 g3) 응축된 시료의 무게 (위 2에서 위 1를 뺀 값) : 0.76 g4) 끊는 물의 온도 : 68℃5) 대기압 ; 1 atm6) 플라스크의 부피 ; 154 mL7) 액체 시료의 몰질량몰질량을 구하기 위해 이상기체 방정식을 이용하자.PV = nRT(P = 대기압, V = 부피, n = 몰수, R = 기체 상수?R=0.082L*atm/mol*K, T = 온도)n ={질량} over {분자량} ={w} over {M} 이므로PV ={wRT} over {M}이고,M= {wRT} over {PV}이다.따라서M= {0.76g TIMES 0.082`atmL/K`mol TIMES 341.15K} over {1atm TIMES 154mL}={0.76g TIMES 0.082`atmL/K`mol TIMES 341.15K} over {1atm TIMES 0.154L}={21.26g`*atmL/`mol} over {1atm*0.154L}=138.054987g/mol APPROX 138.05g/mol 이다.8) 오차(1) 절대오차 = |실험값 ? 이론값|아세톤의 몰질량은 58.08이므로|138.05 g/mol ? 58.08 g/mol| = 79.97 g/mol(2) 상대오차 ={|실험값`-`이론값|} over {이론값} TIMES 100(%)={138.05g/mol`-`58.08`g/mol} over {58.08`g/mol} TIMES 100(%)=137.68939%APPROX 137.69%9. 토의이번 실험은 이상기체 상태방정식을 이용하여 아세톤의 몰질량을 측정해보는 실험이었다. 실험을 하기 전 이상기체 상태 방정식에 실제 기체를 대입하여도 괜찮은지 생각하였는데, 대부분의 기체는 상온, 상압에서 이상기체 상태 방정식을 어느 정도 만족하여, 기체의 부피, 온도, 압력과 질량을 알면 이 식으로부터 몰질량 M을 계산 할 수 있음을 알게 되었다. 실험을 하기 위해 플라스크 입구를 알루미늄 호일로 막고 작은 구멍을 뚫었다. 호일에 뚫린 구멍으로 아세톤이 기화 되면 플라스크의 안 내부압력은 점점 증가하고, 외부의 압력과 맞추기 위해 기화 된 아세톤들이 빠져나간다. 외부의 압력과 같아질 정도로 기체들이 빠져나가면 플라스크 안에는 대기압과 같은 기체들이 남아있게 된다. 아세톤의 무게는 매우 작아 직접 측정하는데 어려움이 있으므로 플라스크에 알루미늄 호일을 씌웠을 때의 무게와 가열 후 식힌(기체가 빠져나간) 플라스크의 무게의 차이를 이용하여 구하였다. 그리고 눈금 실린더를 이용하여 실험에 사용한 플라스크의 부피를 구한 후 이를 이상기체 상태방정식에 대입하여 아세톤의 몰질량을 구하였다. 몰질량을 구하니 이론값과의 상대오차가 137.69%로 크게 나왔다. 이러한 오차가 발생한 원인을 생각해 보면 호일의 구멍은 작게 뚫을수록 좋지만 구멍의 크기가 컸을 수 있고, 아세톤을 다 기화 시켰어야 했는데 미량의 액체 아세톤이 남아 오차가 발생하였을 수도 있다고 생각한다. 그리고 플라스크 안과 외부의 기압이 같다는 것도 확실히 알 수가 없었다. 또한 플라스크의 부피를 눈금 실린더를 이용하여 측정을 하는데 측정오차가 발생하였을 수도 있고 아세톤이 기화할 때 빛의 산란현상을 이용하여 전지로 비추어 보았지만 잘 보이지 않아 정확한 기화 시점을 측정하지 못하였을 수도 있다. 마지막으로 서두에서 말한 것처럼 실제 기체를 이상기체 상태방정식에 대입한 것으로 인해 발생하는 오차도 존재한다.

공학/기술| 2024.06.27| 6페이지| 1,500원| 조회(135)

일반화학실험, 화학및실험, 몰질량측정

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유기합성실험 Acetanilide Synthesis A+ 예비레포트, 결과레포트

Acetanilide Synthesis1. 실험 제목Acetanilide Synthesis2. 실험 날짜3. 실험 목적Aniline(아닐린)에 acetic anhydride(아세트산 무수물)또는 glacial acetic acid(빙초산)를 반응시켜 aniline의 acetyl(CH3CO-) group이 도입되는 acylation(아실화 반응)을 이해한다.4. 실험 이론(1) 아실화 반응(Acylation)유기화합물 속 수소원자를 아실기(RCO-)로 치환하는 반응, 치환되는 수소원자가 붙어 있는 원자의 종류에 따라 N-아실화, O-아실화, S-아실화 등으로 불린다.아실화의 목적은 합성 반응시에 히드록시기와 아미노기를 보호하기 위함인데 acetylation(아세틸화 반응)에서 히드록시기와 아미노기의 수소원자가 아실기의 일종인 아세틸(CH3CO-)로 치환되기 때문이다.방향족 탄화수소의 탄소원자에 결합된 수소를 아실기로 치환하는 아실화반응은 프리델-크래프츠 반응(Friedel-Crafts 아실화 반응)이라고 하며 유기합성에 잘 이용되는 중요한 반응이다.아실화에 사용되는 시약을 아실화제라 하고 산염화물 · 산무수물 · 케텐이 사용된다.방향족탄화수소와 할로젠화 아실을 AlCl _{3} 촉매하에서 반응시켜 케톤을 합성한다.금속촉매제를 사용하면 강한 전자친화성을 형성하므로 할로젠화 아실(acyl halide)은 아실화제로 널리 이용된다.(2) Acetylation(아세틸화)유기화합물의 하이드록시기 －OH 또는 아미노기 －NH2 등의 수소원자를 아세틸기 (CH3CO－)로 치환하는 반응의 총칭으로, 이때 사용하는 시약을 아세틸화제라 하는데, 염화아세틸·아세트산무수물 등이 보통 사용된다.아닐린에 무수초산(acetic anhydride)과 빙초산(acetic acid)의 혼합액을 작용시키고 가열하면 아닐린의 아민기에 아세틸기(CH3CO-)가 도입되어 Acetanilide(아세트 아닐라이드)가 생성된다.(3) Glacial acetic acid(빙초산)순도 98% 이상의 아세트산을할 때 다이아세틸 유도체가 소량 부산물로 생겨날 수 있다.(7) 아닐린(Aniline)아미노벤젠·페닐아민이라고도 한다. 벤젠과 함께 유기화학 및 화학공업상 가장 중요시되는 화합물이다. 나이트로벤젠을 금속과 염산으로 환원시켜 만든 방향족 아민이다. 특유한 냄새가 나는 무색 액체로 녹는점 －6℃, 끓는점 184℃이다.아세틸화하면 아세트아닐리드를 생성하고, 클로로포름 용액을 만들어 브롬을 가하면 2,4,6-트리브로모아닐린의 백색 침전이 생긴다.(8) 아세트아닐리드(Acetanilide)아세트산 무수물(acetic anhydride)과 아닐린(aniline)의 반응을 통해 만들어진다.아세트아닐리드 분자는 9개의 수소원자, 8개의 탄소 원자, 1개의 질소 원자 그리고 1개의 산소원자로 구성되어 총 19개의 원자로 형성된다. 아세트아닐리드 분자에는 총 19개의 화학결합이 있으며 이는 10개의 비수소결합, 7개의 다중결합, 1개의 단일결합, 1개의 이중결합, 6개의 방향족결합, 1개의 6원자 고리 그리고 1개의 2차 아마이드(지방족)로 구성되어 있다.차례대로 2차원 구조, 3차원 구조무색의 판 모양 결정으로 녹는점이 113~114℃이다. 찬물에는 조금 녹지만 메탄올, 에탄올, 클로로폼 등의 유기용매에는 잘 녹는다. 강한 산을 작용시키면 불안정한 염을 생성하고, 금속나트륨을 작용시키면 나트륨 유도체를 생성한다.아세트산과 아닐린의 아미드로, 아세틸아닐린·안티페브린이라고도 한다. 아닐린과 아세트산무수물을 반응시키면 쉽게 제조할 수 있으며, 유기화합물의 합성원료로서 중요하다. 또 해열·진통작용을 가지고 있어 의약품으로 사용되었으나, 극약이기 때문에 부작용도 많으므로 과량의 복용은 위험하다. 접촉 시 피부염을 유발하며 눈의 자극과 결막염을 유발할 수 있다. 섭취하면 오심, 구토, 발열, 위 자극, 오한, 수족냉증, 흑갈색 소변, 피부 발진, 귀울림, 저혈압, 메트헤모글로빈증, 황혈색소혈증, 핍뇨, 황달, 경련, 쇼크가 일어날 수 있다. 심한 경우 저체온증, 얕은 호흡, 착란, 허탈로 끝부분을 특히 주의하여 밀착시키고,깔때기 끝부분을 부흐너 플라스크에 설치해 흡인에 의해 생긴기압차로 거른다.부흐너 플라스크(감압여과장치)흡인 거름에 가장 널리 이용되는 두꺼운 유리제의 가지 달린 플라스크이다.그림과 같은 삼각 플라스크의 어깨 부분에 측관이 있는 것으로,고무마개 부분(a)에 두꺼운 흡인 거름용 고무관을 끼우고 여기에서부터배기가 되도록 되어있다. 입구(b)에는 고무마개를 끼워 흡인 깔때기를 설치하고 플라스크 안을 감압으로 한다.교반기화학 실험 및 제조 화학 공업에서 기체, 액체, 고체(입자상)상의 물체를 휘저어 섞는 기기, 장치의 총칭. 실험실 등에서 이용하는 소형의 것은 주로 액체를 섞는 목적을 갖는다. 섞이는 액체의 체량과 점성의 크기에 따라 요구되는 힘을 달리하므로, 모든 종류의 구조, 원리에 의거한 형태가 있다.일반적으로 방해판이 있는 것이 교반효과가 좋다. 화학공업에서는 화학반응용으로 사용되는 것이 가장 많고, 조합·용해·세정·분산·흡착이 그 다음이며, 전열용에도 사용된다. (2) 시약아닐린 (C _{6} H _{5} NH _{2}, 분자량: 93.13g/mol): 벤젠의 수소 하나가 아민기로 치환된 화합물을 말한다.*주의 사항: 아닐린은 강력한 독성이 있기 때문에 취급에 주의해야 한다. 아닐린은 헤모글로빈과 결합하여 산소의 운반을 방해한다. 따라서, 흡입하거나 피부를 통해서 흡수될 경우 중독을 일으킬 수 있다. 그러므로 아닐린을 보관할 때는 마개를 단단히 막아 어두운 곳에 두어야한다.아세트산 무수물 ((CH _{3} CO) _{2} O, 분자량: 102.09g/mol): 무수 아세트산이라고도 불리며, 자극적인 냄새가 나는 무색의 혼합물이다.*주의사항: 아세트산 무수물의 증기는 최루성을 가지고 있으며, 피부에 닿으면 물집이나 염증이 생기기 때문에 취급 시 주의해야 한다.빙초산 (CH3COOH, 분자량: 60.052g/mol): 아세트산은 순도가 높을수록 녹는점이 높아지는데, 98%의 것은 13.3℃이고 순수한 것은 6.6℃이다. 의하여 사용한다.빙초산이 피부나 점막에 닿으면 심한 염증을 일으키므로 사용에 유의한다.온도 유지가 중요하므로 온도를 잘 체크해야 한다.* 예상 실험결과(1) 5ml의 Aniline(아닐린)에 acetic anhydride(아세트산 무수물)5ml와 5ml의 glacial acetic acid(빙초산)혼합물을 반응시켰다.(2) 각각의 밀도와 몰 질량을 이용해서 몰을 구한다.(3) 화학식을 작성하고, 아세트아닐리드의 이론적 수득량을 계산해본다.7. 참고 사항(1) 메커니즘아닐린과 아세트산 무수물이 반응하게 되는데 아세트산 무수물은 좌우 대칭이므로 좌, 우 카보닐 탄소 어디를 공격하든 상관이 없다. 아닐린의 질소 원자의 비공유 전자쌍이 아세트산 무수물의 카보닐 탄소에 친핵성 공격을 하게 되고, 그 뒤 양성자 이동이 일어난다. 반응 중 양성자가 하나 첨가된 양전하를 갖는 중간체가 형성된다.위 메커니즘처럼 아마이드를 만드는 과정에서는 양성자를 제거해 줄 수 있는 염기성을 띠는 화합물이 있어야 한다. 즉 똑같은 아민 화합물이지만 반응하는 아민 화합물이 있고, 보조적으로 양성자를 제거하기도 한다는 것이다.(2) 왜 아세틸화제로서 아세트산무수물과 빙초산의 혼합액을 쓸까?먼저 아세틸화제로서 아세트산 무수물을 단독으로 이용하면 수용액 안에서 아민을 아세틸화 시킬 수 있을 정도로 가수분해 반응이 늦게 일어난다. 생성된 아미드는 순도나 수율이 매우 좋고, 반응시간이 단축되어 효율이 좋지만, 부산물로 다이아세틸 유도체가 생성되기 쉽다는 단점이 있다.또한 빙초산을 단독으로 사용할 경우, 구하기 쉽다는 장점이 있지만 부산물로 물이 생성돼서 농도가 묽어질 수 있고 반응시간이 느려진다. 그래서 꽤나 오랫동안 가열해야 한다.그래서 이 빙초산과 아세트산 무수물을 섞어서 사용할 경우 아세틸화 반응이 더 잘 일어날 수 있고 수량도 좋다. 혼합액을 사용할 경우 반응시간은 30분 정도 소요된다.(3) 염화아세틸을 이용하지 않은 이유염화아세틸은 아세틸화제로서 반응성이 가장 크지만, 몇 가지 이유로 인해 ~6번에서 물로 씻고, 빙초산/증류수 혼합액에 넣는 이유는?이 과정들은 결정으로 생성된 아세트아닐리드에 불순물이 많이 섞여 있을 것이기 때문에 이들을 씻어내는 과정을 거치는 것이다. 또한 혹시나 반응하지 않았을 아닐린을 반응시킬 수 있고, 이 과정들을 통해 순도를 높일 수 있다.(7) 환류냉각기를 쓰는 이유는?환류란 가열에 의해 발생한 증기를 응축시켜 액체상으로 하고 다시 원래대로 되돌리는 조작을 말하는데,이 과정을 통해 수득률이 낮아지는 걸 방지할 수 있다. 본 실험에서는 80‘C를 유지하면서 환류를 하는데, 온도가 이보다 더 높아져 버리면 약 110℃가 넘는 끓는점을 가진 시약들이 빠져나가 버릴 수 있는 위험이 있기 때문에 최대한 80℃로 유지하여 반응을 시키는 것이 좋다.(8) 아세틸화 반응유기화합물의 수소 원자를 아실기(RCO-)로 치환하는 반응인 아실화반응의 하나로,실험에서는 아닐린에 아세트산무수물과 빙초산의 혼합액을 가한 후 가열하면, 아닐린(유기화합물)의 아민기(-NH2)에 수소원자를 아실기의 일종인 아세틸기(CH3CO-)로 치환하는 반응이 일어난다. 이 반응을 아세틸화 반응이라고 하며, 이를 통해 아세트아닐리드가 생성된다. 질소에 있는 비공유 전자쌍은 염의 형성뿐만 아니라 다른 많은 아민의 반응의 주역을 맡는다. 사실 질소 원자에서 일어나는 대부분의 아민 반응은 그 전단계가 질소의 비공유전자쌍이 참여하는 결합의 형성인 것이다.(9) 수득량이론적 수득량 : 한계반응물이 100% 반응했다고 보고 이론적으로 계산한 생성물의 양실제 수득량 : 실험 후 측정한 실제 생성물의 양% 수득률={실제수득량} over {이론상`수득량}TIMES 100일반적으로 수득률이 100%가 되지 않는 이유가) 반응이 도중에 평형상태에 이른다.나) 반응 시간이 부족할 수 있다.다) 부반응이 일어나 목적 물질 이외의 물질을 생성한다.8. 실험 결과넣어준 반응물의 양아닐린 : 10ml* {1.0217g} over {ml} * {mol} over {93.13g} =0.110mol아g

공학/기술| 2024.06.27| 15페이지| 2,000원| 조회(149)

유기합성실험, 가천대, acetanilide

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일반화학실험 기체상수 결정 예비+결과 레포트

기체 상수 결정Determination of the Gas Constant1.실험제목: 기체 상수 결정2.실험날짜:3.실험목적: 일정한 양의 산소나 이산화탄소 기체를 발생시켜 기체상수 값을 결정한다.4. 이론: 기체의 양과 온도, 부피, 압력 사이의 관계는 기체 상태 방정식으로 주어진다. 대부분의 기체는 온도가 충분히 높고, 압력이 충분히 낮은 상태에서 이상 기체 상태 방정식(pV=nRT)을 잘 만족한다. 이상 기체 상태 방정식에서 R은 “기체 상수” 라고 하는 기본 상수 이다. 이번 실험에서는 산소 또는 이산화탄소 기체의 압력(p), 부피(V), 몰수(n)와 온도(T)를 측정하여 기체 상수를 결정한다.KClO _{3}을 가열하면 산소 기체가 발생하고KCl 고체가 남게 된다.MnO _{2}는KClO _{3}의 분해 반응에 촉매로 작용하여 산소 발생 속도를 증가시키는 역할을 한다. 이 반응에서 발생한 산소 기체의 부피는 그림 6-1과 같은 기체 발생 장치에서 밀려나간 물의 부피 로부터 계산할 수 있다. .그러나 시약병의 위쪽에는 산소 기체와 함께 수증기도 포함되어 있으므로 산소 기체의 압력을 정확하게 알아내기 위해서는 부록의 표를 이용해서 수증기의 부분 압력을 보정해주어야 한다.2KClO _{3} (s)` {MnO _{2}} over {TRIANGLE } `2KCl(s)+3O _{2} (g)한편NaHCO _{3}를 가열하면 이산화탄소가 발생하고 NaOH 고체가 남는다. 이 경우에도 그림 6-1과 같은 장치를 이용해서 발생한 이산화탄소의 부피를 알아낼 수 있다. 가열하기 전과 후의 고체시료의 무게가 얼마나 감소했는가를 측정해서 발생한 기체의 양을 알아낼 수도 있다.NaACO _{3} (s) {TRIANGLE } over {} `NaOH(s)+CO _{2} (g)5. 실험 기구 및 시약A: 실험 기구스탠드시험관 2개유리관고무 튜브조임 클램프알코올 램프화학 저울시약병고무 마개면장갑비커B: 시약KClO _{3} (염소산 칼륨)화학식량: 122.55끓는점: 400℃ (분개와 유리관의 연결 부분으로 기체가 새어나가지 않도록 조심한다. 비커에 연결된 유리관은 시약병의 바닥에 닿을 정도로 충분히 길어야 한다.2)시약병에 물을 가득 채우고 시험관으로 연결된 유리관에서 입김을 불어넣어 비커쪽으로 연결된 유리관에 물이 채워지게 만든 다음에 조임 클램프로 고무관을 막아두고, 다시 시약병에 물을 가득 채운다.3)비커의 물을 버린 다음에 제 위치에 다시 놓고 클램프를 열어둔다4)약 2g의KClO _{3}와 0.2g의MnO _{2}를 시험관에 넣고 무게를 측정한다.5)그림 6-1과 같이 시험관을 거의 수평이 되도록 고정시킨다. 시료가 시험관의 벽을 따라 넓게 펴지도록 해야 하지만 시료가 고무 마개에 닿아서는 안 된다.6)알코올 램프를 사용해서 시험관 전체를 서서히 가열한다. 산소가 발생하면서 시약병의 물이 비커로 밀려나오게 된다. 산소 기체가 너무 급격하게 발생하지 않도록 시험관을 서서히 가열해야 한다.7)비커로 밀려나온 물의 양이 500-600ml가 되면 가열하는 것을 멈추고 시험관이 식을 때까지 기다린다.8)비커의 높이를 조절해서 비커와 시약병에 담긴 물의 수면 높이를 같도록 하고 고무관을 조임 클램프로 막는다.9)눈금 실린더를 사용해서 비커 속의 물의 양을 측정하고, 시험관의 무게를 측정한다.10)대기압을 기록하고, 시약병에 담긴 물의 온도를 측정한다.실험B: 이산화탄소 기체1)실험 A와 같은 장치의 시험관에 1.2g 정도의NaHCO _{3}를 넣고 서서히 가열하면서 같은 방법으로 실험을 반복한다. 다만, 시험관을 식힐 때에는 생성된 NaOH에 의한 물의 흡수를 방지하기 위하여 시약병과 마개를 시험관에서 빼고 다른 고무 마개로 시험관의 입구를 다시 막은 다음 식히도록 한다. 뜨거울 수 있으므로 면장갑을 끼고 한다.7. 참고사항1) 부분압혼합기체?속에서 각 성분의?기체가 나타내는?압력을 말한다. 이에 대하여 혼합기체?전체의?압력을 전체압력?또는 전압력이라고 한다. 혼합기체의 전체압력은 혼합기체를 이루는 각 성분?기체의 부분압력의 합과 같다질소의?몰분율이 1:1이므로 부분압력이 1/2atm이다.[네이버 지식백과]?부분압력?[partial pressure, 部分壓力] (두산백과)2)증기압?증기가?고체?또는?액체와?평형상태에 있을 때의 포화증기압을 말한다.?액체?표면에서는 끊임없이?기체가 증발하는데, 밀폐된 용기의 경우 어느 한도에 이르면 증발이 일어나지 않고, 안에 있는?용액은 그 이상 줄어들지 않는다. 그 이유는 같은 시간 동안 증발하는 분자의 수와?액체?속으로 들어오는?기체분자의 수가 같아져서 증발도 액화도 일어나지 않는 것처럼 보이는 동적평형상태가 되기 때문이다. 이 상태에 있을 때?기체를 그?액체의 포화증기, 그?압력을?증기압(포화증기압)이라 한다. 개방된 용기 속에 있는?액체가 증발을 계속하는 것은?액체와 접하는?물질이 포화증기압에 이르지 못하기 때문이다. 이것은?고체도 마찬가지인데,?나프탈렌?등과 같은?물질은?상온에서도 이 현상이 뚜렷하게 나타난다.?증기압은 같은?물질이라도 온도가 높아짐에 따라 더욱 커진다.[네이버 지식백과]?증기압?[vapor pressure, 蒸氣壓] (두산백과)3)이상기체이상기체는?임의?온도와?압력?아래에서 다음?가정들로부터 유도되는 관계를 따른다.1. 어떤 한 기체는 많은 동일한?분자들로 구성된다. '많다'라는?표현은 개개의?분자들의 경로를 추적할 수 없다는 것을 의미한다.2.?분자들은 뉴턴의?운동법칙을 따른다.3.?분자?자체만의 총?부피는 기체 전체가 차지하는?부피?중에서 무시할 수 있을 만큼 작은 부분이다. 즉,?분자?자체의?부피는 무시한다.4. 모든?분자의?운동은 무작위적(random)이다. 즉, 각각의?분자들은 각각의?운동방향과 속력을 가지고?운동한다.?5.?분자들은 서로?상호작용하지 않으며,?분자와?용기 벽면의 충돌은?완전탄성충돌이라?가정한다.이러한?가정하에서는 기체의 상태변화를 기술하는 것이 비교적 간단하다. 그래서?열역학에서는 실제기체를 대상으로 이상적인 고찰을 하는 경우가 많다. 그러나 실제기체는 구성분자의?부피가 0이 아니고,?분자끼리?상호작용을 : 0.68g4) 발생한 산소의 몰수 :{0.68g} over {32g/mol} =0.021mol5) 발생한 산소의 부피 : 388mL = 0.388L6) 대기압 : 1atm = 760mmHg7) 물의 온도 :22CENTIGRADE 8) 물의 증기압 : 19.827mmHg9) 기체의 부분압력: 대기압-증기압 =760mmHg-19.827mmHg#=740.173mmHg`* {1atm} over {760mmHg}#=0.97391..atm#APPROX 0.97atm10) 기체상수R= {PV} over {NT}#= {0.97atm`*`0.388L} over {0.021mol`*`(22+273.15)K}#= {0.97atm`*`0.388L} over {0.021mol`*`295.15K}#=0.060721...L`*atm/mol*K#APPROX 0.061L`*atm/mol*K11-1) 절대오차�狙平ㅀ�-이론값��#=��0.061L*atm/mol*K`-`0.082`L*atm/mol*K��#=0.021L*atm/mol*K11-2) 상대오차{�狙平ㅀ�-이론값��} over {이론값}#= {절대오차} over {이론값}#= {0.021L*atm/mol*K} over {0.082L*atm/mol*K}#=0.25609..=25.609..%#APPROX 25.61%12) 산소 기체의 부분압력을 계산할 때, 대기압에서 물의 증기압을 빼주는 이유혼합 기체의 전체 압력은 각 성분 기체의 부분 압력을 더한 값과 같다는 돌턴의 부분압력법칙 때문이다. 즉 기체의 부분 압력과 증기압을 더한 값이 전체압력인 대기압과 같기 때문에, 대기압에서 물의 증기압을 빼어 기체의 부분압력을 구할 수 있다.13) 촉매를 분류(정촉매/부촉매)하고, 정의와 함께 그에 해당하는 예를 찾으시오촉매는 화학반응에서 반응속도를 조절해 주는 물질이다. 반응속도를 빠르게 해 주는 촉매를 정촉매라 하며, 반응속도를 느리게 해 주는 촉매를 부촉매라고 한다. 촉매가 반응속도에 영향을 주는 이유는 활성화에너지로 설명된다. 물질들이 반각이 정촉매 역할을 한 것이다수소와 질소로 암모니아를 합성할 때, 산화철을 넣어준다.수소와 산소의 혼합기체는 안정하여 반응이 잘 일어나지 않지만, 백금가루를 조금 넣어주면 폭발적으로 반응하여 물이 생성된다.부촉매의 예과산화수소에 인산을 넣어주면 분해속도가 느려진다.9. 토의이번 실험은 일정한 양의 산소기체를 발생시켜 기체상수 R의 값을 결정하는 실험이었다.기체상수R은 모든 기체에 대하여 일정한 값을 가지고, 이상기체 상태방정식PV=nRT``를`R= {PV} over {nT}로 변형하여 구할 수 있다. 따라서 R의 값을 구하기 위해서는 기체의 압력, 부피, 몰수, 온도 4가지를 구해야 함을 알 수 있다. 염소산 칼륨을 이산화망가니즈를 촉매로 하여 가열하면 산소기체가 생성되고, 생성된 산소기체의 질량을 분자량으로 나누어 생성된 산소의 몰수를 구한다. 산소기체의 부피는 유리관을 통해 밀려나간 물의 부피를 통해 얻을 수 있고, 산소의 압력은 돌턴의 부분압력의 법칙을 통해 대기압-증기압으로 구할 수 있으므로 식에 대입하여 R값을 구할 수 있다. 실험을 통해 구한 R의 값은 0.061L*atm/mol*K 였고, 이론값 0.082L*atm/mol*K 와의 상대오차는 25.61%였다. 오차가 발생한 원인은 여러 가지가 있다. 우선, 산소 기체가 이상기체가 아니기 때문이다. 실제 기체는 이상기체와는 달리 분자사이의 인력이나 반발력이 존재하기 때문에 이상기체상태방정식을 정확하게 만족하지 않는다. 또한 시험관을 서서히 가열하여, 산소가 서서히 발생하도록 해야 하는데, 가열이 전체적으로 이루어지지 않았고, 시료가 균일하게 있지 않고 뭉쳐있어서 산소가 급격하게 발생한 부분이 있다. 따라서 산소가 급격히 생성되면서 산소의 부피에 영향을 주었을 것이다. 또한, 산소가 무극성분자이고 용해도가 매우 작긴 하지만 소량이 물에 용해되었을 가능성도 배제할 수는 없고, 호스가 완전한 수평이 아니어서 산소가 이동하는데 제약이 있었을 가능성도 있다. 그리고 실험을 할 때에 물을 많이 사용하여서, 작은력

공학/기술| 2024.06.27| 8페이지| 1,500원| 조회(127)

일반화학실험, 화학및실험, 기체상수 결정

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