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[일반화학실험] 액체 및 고체 물질의 밀도측정

일반화학실험(결과 Report)Exp 2. 액체 및 고체 물질의 밀도측정1. Title : 액체 및 고체 물질의 밀도측정2. Date : 2014년 3월 21일 금요일3. Principle측정: 무게,부피->밀도밀도(density)d= {m} over {v}(단위:g/ml) 온도에 따라 부피가 다르다(온도 표기 필수)비중(specific gravity) ={d(물질)} over {d(물)} (단위 없음)(예) 철의 밀도=7.86g/ml철의 비중=7.86(= {7.86g/ml} over {1g/ml})A. 액체 물질의 밀도삼각플라스크(50ml)->처음무게hexane 10ml 가한다->나중무게 => 차이: hexane 무게B. 고체 물질의 밀도눈금실린더(100ml)+증류수(50ml)->처음부피고체 15g 넣는다-> 나중부피 => 차이: 고체의 부피4. Apparatus & Reagents1) Apparatus- Chemical balance- Beaker- Pipet- Graduated cylinder2)Reagents[Table 2-1. Reagents]NameFormulaF.W(g/mol)m.p(℃)b.p(℃)d(g/㎤)EthanolC _{2} H _{5} OH46.07-114.178.30.789distilled waterH _{2} O18010015. Procedure실험A. 액체밀도1) 깨끗이 씻어 말린 50mL 삼각플라스크의 무게를 정확히 달고 여기에 피펫으로 정확히 10mL의 hexane을 넣고 무게를 정확히 달아 액체 시료만의 무게를 계산한다.2) 액체 물질의 밀도를 구한다(실온도 표기한다)3) 3번 반복한다.실험B. 고체밀도1) 100mL 눈금실린더에 약 50mL의 증류수를 넣고 그 부피를 정확히 읽는다.2) 고체물질 약 15g(적어도 0.01g까지)를 정확히 달아서 일정부피의 증류수가 채워진 눈금실린더에 넣고 고체 물질의 부피를 측정한다. 그리고 고체 물질의 밀도를 구한다.3) 3번 반복한다.6. Result실험A. 액체밀도- Ethanol 16℃에서 d: 0.80852(g/ml)1회2회3회튜브의 무게(g)13.41521.37529.344액체물질 넣은 튜브의 무게(g)21.37529.34437.318액체 물질의 무게(g)7.967.9697.974취한 액체 물질의 부피(mL)101010액체밀도(g/mL)0.7960.79690.7974액체 밀도의 평균0.7967오차율(%)1.462[Table2-2, 액체의 밀도 측정]Cal)1. 액체물질의 무게(g)액체물질의`무게(g)=액체물질`넣은`튜브의`무게(g)-튜브의무게(g)1회: 21.375(g)-13.415(g)=7.96(g)2회: 29.344(g)-21.375(g)=7.969(g)3회: 37.318(g)-29.344(g)=7.974(g)2. 액체의 밀도(g/mL)밀도(g/mL)= {질량(g)} over {부피(mL)}1회:{7.96(g)} over {10(mL)} =0.7960(g/mL)2회:{7.969(g)} over {10(mL)} =0.7969(g/mL)3회:{7.974(g)} over {10(mL)} =0.7974(g/mL)3. 액체 밀도의 평균X= {sum _{} ^{} 측정값} over {N}= {0.7960+0.7969+0.7974} over {3} =0.7967(g/mL)4. 오차율(%)오차율(%)= {LEFT | 이론값-실험값 RIGHT |} over {이론값} TIMES 100= {LEFT | 0.80852-0.7967 RIGHT |} over {0.80852} TIMES 1.462(%)실험B. 고체밀도- 고체의 종류: 유리[Table2-3, 고체의 밀도 측정]1회2회3회고체물질의 무게(g)22.20622.20422.206실린더 속 증류수의 부피(mL)505050고체물질 넣은 후 증류수 부피(mL)595959고체 물질의 부피(mL)999고체 밀도(g/mL)2.4672.4672.467고체 밀도의 평균2.467Cal)1. 고체물질의 부피(mL)고체물질의`부피(mL)=고체물질`넣은`후`증류수의`부피(mL)-50mL(실린더속`증류수의`부피)1회: 59(mL)-50(mL)=9(mL)2회: 59(mL)-50(mL)=9(mL)3회: 59(mL)-50(mL)=9(mL)2. 고체의 밀도(g/mL)밀도(g/mL)= {질량(g)} over {부피(mL)}1회:{22.206(g)} over {9(mL)} =2.467(g/mL)2회:{22.204(g)} over {9(mL)} =2.467(g/mL)3회:{22.206(g)} over {9(mL)} =2.467(g/mL)3. 고체 밀도의 평균X= {sum _{} ^{} 측정값} over {N}= {2.467+2.467+2.467} over {3} =2.467(g/mL)7. Discussion고대 그리스의 히에로 왕은 새로 만들어진 왕관이 완전한 순금으로 만들어졌는지 여부를 알기 위해 아르키메데스를 불러 이를 분석하도록 시켰다. 아르키메데스는 왕관을 실로 묶고 물이 가득 찬 용기 속에 넣었을 때 흘러넘친 물의 부피와 왕관을 질량을 이용하여 새 왕관이 순금으로 만들어진 것이 아니라는 사실을 알아냈다. 같은 크기의 2개의 상자 중에서 한 상자에는 금을 빈틈없이 가득 채우고, 또 다른 상자에는 깃털을 가득 채운 후에 두 상자의 질량을 측정하면 각각의 질량은 서로 같지 않다. 즉 두 개의 상자는 서로 부피는 같으나 질량은 다른 것이다. 물질은 질량과 공간을 차지하고 있기 때문에, 각 물질이 차지하는 일정한 부피 중에 포함되는 질량을 나타냄으로서 서로 비교하는 것이 가능하며 물질들의 일정한 부피에 대한 질량의 차이를 비교하는데 밀도라는 단위를 사용한다. 밀도는 물질의 중요한 물리적 특성이다. 물질의 물리적 성질은 물질의 조성의 변화 없이 관측되고 측정되는 성질로서 이것은 물질의 양과 관련된 크기성질(intensive property)로 나누어진다. 부피, 질량, 무게 등은 세기 성질에 속하여 물질의 양에 따라 변화하지 않는 고유한 성질이다. 밀도는 특정 온도에서 물질의 질량과 부피를 측정하여 그질량을 부피로 나눈 것이다. 즉, 어떤 물체의 질량을m, 부피를v라고 하면 밀도는 d=m/v가 된다. 거의 모든 물체는 가열되면 일반적으로 부피가 팽창하므로 밀도는 온도가 높아질수록 감소하게 된다. 그러므로 밀도에 대한 정확한 표기를 위해서는 밀도 측정시의 온도를 표시해주어야 한다. 물의 경우에도 온도에 따라 밀도가 변화하는데 4℃ 일때의 밀도가 가장 크게 된다. 물질의 밀도에 따른 단위는 질량과 부피에 사용된 단위에 의존하므로 g/mL,g/cm ^{3} 등의 다양한 단위로 나타내게 되는데 이러한 복잡성을 피하기 dnlg 물의 밀ㄹ도를 기준으로 상대적인 밀도를 나타내는 ‘비중’이라는 단위를 사용하게 된다. 액체 밀도는 깨끗하게 씻어 말린 눈금실린더의 무게를 달고 액체 물질을 가해 액체 물질의 부피를 읽고 눈금실린더와 액체물질의 무게를 단 후, 이 무게에서 눈금실린더의 무게를 빼서 순수한 액체의 무게를 구한 후, 실온에서 이 무게를 부피로 나눔으로서 구할 수 있다. 고체밀도의 경우에는 고체의 부피를 측정하는 것이 문제인데 일반적으로 서로 반응하지 않고 또한 서로 녹이지 않는 액체를 선택하여 여기에 고체를 가해서 고체의 부피를 얻는다. 이때 액체의 밀도가 고체의 밀도보다 작아야한다. 왜냐하면 고체의 밀도가 더 커야 액체 속에 잠기기 때문이다. 순수한 물질은 각자 고유한 밀도를 가지고 있다. 따라서 물질을 확인하는데 밀도는 유용한 물리적 성질로 활용된다. 일반적인 물질의 상태는 고체(solid), 액체(liquid) 그리고 기체(gas)이다. 고체 물질은 원자와 분자가 고정된 위치에서 빽빽하게 채워져있다. 액체물질은 원자나 분자들이 서로 가깝지만 서로의 주위와 옆을 자유롭게 움직인다. 액체는 고체와 같이 원자와 분자들이 서로 가깝게 접촉해 있기 때문에 일정한 부피를 가진다. 기체 물질은 원자나 분자들이 멀리 떨어져있고 서로간의 상대적인 움직임이 자유롭다. 기체를 이루는 원자나 분자들은 서로 접촉해 있지 않기 때문에 기체는 압축이 가능하다.

자연과학| 2021.01.03| 7페이지| 1,500원| 조회(341)

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[일반화학실험] 아스피린 합성 평가A좋아요

일반화학실험(결과 Report)Exp 11. 아스피린 합성1. Title : 아스피린 합성2. Date : 2014년 12월 3일 수요일3. Principle4. Apparatus & Reagents1) Apparatus- Water bath- Erlenmeyer flask- Hot plate- Stand- Clamp- Thermometer- Spoid- Pipet- Spatula- Weighing paper- Mass cylinder2)Reagents[Table 11-1. Reagents]NameFormulaF.W(g/mol)m.p(℃)b.p(℃)d(g/㎤)Salicylic acidC _{7} H _{6} O _{3}138.12158.62001.443Acetic acidC _{4} H _{6} O _{3}102.09-73.1139.81.082Phosphoric acidH _{3} PO _{4}98.0042.351581.885distilled waterH _{2} O18010015. Procedure1) 살리실산 2.5g을 50mL 삼각플라스크에 넣고 아세트산 무수물 3mL를 넣는다. 이때 용기 벽에 묻은 살리실산을 모두 씻어낼 수 있도록 용기 벽을 따라 무수물이 흘러내리도록 하는 것이 좋다.2) 그림과 같이 물중탕 장치를 준비하여 삼각 플라스크를 고정시킨다.3) 85% 인산 3~4방울을 촉매로 넣어 주고 70~85℃로 유지하여 10분간 가열하면 반응이 완결된다.4) 이 용액에 증류수 2mL를 조심스럽게 넣어서 반응하지 않고 남아있는 아세트산 무수물을 분해시킨다. 아세트산 무수물이 분해되는 동안에 아세트산 증기가 발생하므로 실험싱릐 환기가 잘 되도록 한다.5) 아세트산 증기가 더 이상 발생하지 않으면 삼각 플라스크를 물중탕에 꺼내 증류수 20mL를 넣어주고 실온까지 냉각시킨다.6) 아스피린 결정이 생성되지 않을 경우 삼각 플라스크를 얼음물로 냉각시키고 유리막대로 삼각 플라스크 안쪽을 긁어준다.7) 생성된 결정을 감압 여과기로 걸러낸 후 5mL의 얼음물로 씻고, 다른 거름종이로 옮겨 공기 중에서 10~20분 동안 말려서 무게를 잰다.6. Result1. 아스피린 합성1) 사용한 살리실산 무게 : 2.5g2) 사용한 아세트산 무수물 부피 : 3mL3) 사용한 아세트산 무수물 무게 (아세트산 무수물의 밀도 : 1.08g/mL)무게=부피 TIMES 밀도=3(mL) TIMES 1.08(g/mL)`=`3.24g4) 얻은 아스피린 무게여과된``아스피린``무게`-`filter``paper``무게=3.203(g)-1.156(g)`=`2.047(g)5) 아스피린의 이론적 수득량살리실산의``몰수=` {2.5(g)} over {138.12(g/mol)} =0.018아세트산``무수물의``몰수=` {3.24(g)} over {102.09(g/mol)} =0.032THEREFORE `아스피린의``몰수=` {x} over {180.16(g/mol)} =0.018THEREFORE `x=3.2(g), 따라서 아스피린의 이론적 수득량은 3.2g이다.6) 수득률수득률(%)= {얻은``아스피린의``무게} over {아스피린의``이론적``수득량} TIMES 100= {2.047(g)} over {3.2(g)} TIMES 100=64(%)7. Discussion에스터(ester)는 카복실산의 H원자를 탄소를 포함한 작용기로 치환한 화합물이다. 에스터의 체계적인 명명은 알코올에서 유래한 부분을 명명한 다음, 산에서 유래한 부분의 ?ic를 ?ate로 바꿔서 명명한다. 에스터는 일반적으로 좋은 향기를 갖고 있고, 많은 과일 향기의 주성분이다. 예를 들면, 아세트산 펜틸(CH _{3} COOCH _{2} CH _{2} CH _{2} CH _{2} CH _{3})은 바나나향의 원인이 된다. 에스터를 수용액에서 산이나 염기로 처리하면 가수분해되어 그 분자는 알코올과 카복실산 또는 그 음이온 부분으로 나누어진다.염기 존재하에서 에스터의 가수분해 반응(hydrolysis)을 비누화반응(saponification)이라고도 하며, 라틴어의 비누를 dmlalk는 sapon에서 유래되었다. 자연계에서 발견되는 에스터 중에는 지방과 기름이 있고, 비누 제조 과정에서 동물성 지방 또는 식물성 기름을 NaOH와 같은 강염기를 넣고 끓인다. 비누화 반응에서 생성되는 비누는 지방산이라고 하는 긴사슬 카복실산의 소듐염들의 혼합물로 되어있다.

자연과학| 2020.05.15| 5페이지| 1,000원| 조회(785)

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[일반화학실험] 화학반응속도

일반화학실험(결과 Report)Exp 10. 화학반응속도1. Title : 화학반응속도2. Date : 2014년 11월 26일 수요일3. Principle화학반응이 진행되어 어느 정도의 생성물이 만들어질 것인가는 화학 열역학에서 자유에너지와 관련된 평형 상수로부터 알 수 있다. 그러나 열역학적으로 생성물이 만들어질 수 있다고 하더라도 화학반응의 속도가 매우 느릴 경우에는 상업적으로 쓸모가 없을 수 있다. 그러므로 화학반응의 속도를 정확하게 알아내고, 속도에 영향을 미칠 수 있는 요인을 확실하게 밝히는 일은 화학에서 매우 중요하다.화학반응의 속도에 영향을 미치는 요인은 다양하다. 일반적으로 반응속도는 온도에 매우 민감하며, 기체의 반응은 압력에 의해서도 크게 변하게 된다. 또한 반응속도는 반응 물질의 농도에 따라 민감하게 변화하기도 하고, 촉매(catalyst)를 넣어주면 반응 속도가 대단히 빨라지기도 한다. 화학 반응의 속도에 영향을 미치는 요인들을 정확하게 파악하면 화학 반응이 구체적으로 어떤 과정을 거쳐서 일어나는가를 설명하는 반응 메커니즘(reaction mechanism)을 알아낼 수 있게 된다.반응물질이 서로 만나서 생성물로 변환되는 과정에서는 반응 물질이나 생성 물질보다 상대적으로 불안정한 활성화물(activated complex)이라고 하는 반응 중간물질이 만들어진다. 따라서 활성화물이 만들어지기 위해서는 충분한 에너지를 가진 반응 물질의 분자들이 많이 있어야만 한다. 반응이 일어나기 위해서 필요한 최소한의 에너지를 활성화 에너지(activation energy)라고 부르는데, 활성화 에너지가 클수록 반응속도는 느려지게 된다.화학반응의 속도로부터 반응메커니즘을 알아내어 화학반응의 본질을 연구하는 분야를 화학반응속도론(chemical kinetics)이라고 한다. 최근에는 분자살(molecular beam) 기술과 다양한 레이저 기슬과 함께 양자 화학이 발달해서 분자 하나하나가 어떤 경로를 거쳐서 반응을 하게 되는가를 구체적으로 설명하는 반응 동력} over {dt} = {1} over {d} {d[D]} over {dt}이러한 반응속도는 반응물질이나 생성물질의 농도가 시간에 따라 어떻게 변화하는가를 직접 측정해서 결정한다. 용액의 경우에는 적정을 하거나 흡광도나 전기전도도 또는 형광 등을 측정해서 시간에 따른 농도의 변화를 측정할 수 있고, 기체의 경우에는 일정한 압력에서 부피의 변화를 측정할 수 있다. 어떤 실험 방법을 사용할 것인가는 반응물질과 생성물질의 독성과 반응속도가 얼마나 큰가에 따라서 결정된다. 반응속도가 비교적 느린 경우에는 농도의 변화를 측정하는 데에 충분한 여유가 있지만, 반응속도가 큰 경우에는 담금질(quenching)을 이용하거나 고속흐름장치(fast flow cell)와 같은 특별한 실험 장치를 사용해야만 한다.일반적으로 반응속도는 반응물질의 농도에 의존하기 때문에 다음과 같은 속도식(rate equation)으로 표현한다.V=k[A] ^{a} [B] ^{b}여기서 k는 온도에 따라 민감하게 변하는 속도상수(rate constant)이고, a와b는 반응차수(reaction order)라고 한다. 반응차수는 화학반응식에 나타나는 화학량론적 상수와는 아무런 관계가 없고, 실험을 통해서만 결정할 수 있으며 반응메커니즘에 대한 정보를 담고 있는 매우 중요한 상수들이다. 반응 메커니즘이 단순한 경우에는 반응차수가 정수가 되지만 그렇지 않은 경우도 대단히 많다.H _{2} O _{2} `````` -> ``````H _{2} O````+```` {1} over {2} O _{2} `이 실험에서는 과산화수소(H _{2} O _{2})가 물과 산소 기체로 분해되는 반응의 속도를 측정한다.이 분해 반응의 속도는 매우 느리기 때문에 상온에서는 잘 일어나지 않지만 KI를 촉매로 넣어주면 반응의 속도가 상당히 빨라지고, 반응의 속도는 일반적으로 다음과 같이 표현한다.V=`- {d[H _{2} O _{2} ]} over {dt} =K[H _{2} O _{2} ] ^{a} [KI] ^{b}이 실험에서는 실험을 반복해야만 한다. 이 실험에서는H _{2} O _{2}와KI 의 초기 농도가 다른 경우의 반응 속도를 측정해서 그 결과로부터 반응차수를 알아낸다. 반응 물질의 전체 양을 일정하게 하면 반응에 사용한 용액의 부피를 농도로 사용할 수 있으며, 이 실험에서는 [Table 10-1]과 같은 세 가지 반응 용액의 부피를 초기 농도로 사용한다. 이 경우에 속도식은 각각 다음과 같이 표현할 수 있다.V _{a} =k[5] ^{a} [10] ^{b}V _{b} =k[10] ^{a} [10] ^{b}V _{c} =k[5] ^{a} [20] ^{b}[Table 10-1, 반응의 초기농도]3%H _{2} O _{2}(mL)0.15M KI(mL)증류수(mL)전체부피(mL)반응15101530반응210101030반응3520530위의 식을 이용하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.log {V _{b}} over {V _{a}} =alog2=0.3alog {V _{c}} over {V _{a}} =blog2=0.3b따라서, 반응 물질의 농도가 서로 다른 경우의 반응속도 3가지를 측정하면 반응 차수 a와 b를 계산할 수 있다.화학반응속도if slow -> 상업적가치 Xif so fast -> control X영향 : 온도, 밀도, 압력, 촉매반응속도V=k[A] ^{m} [B] ^{n} (k=속도상수, m,n=반응차수)=> only 실험으로만 측정가능ex)aA+bB`````` -> ``````cC``+`dDV=- {1} over {a} {d[A]} over {dt} =- {1} over {b} {d[B]} over {dt} = {1} over {c} {d[C]} over {dt} = {1} over {d} {d[D]} over {dt}ex) 용액 ->적정 or 흡광도 or 전기전도도 or 형광도if 기체 -> 일정 압력에서 부피변화 측정ex)2 STAR ````` REL -> {촉매} {□} ``````2 TRIANGLE `+CO _{2}=>V=`- {1} over {2} {d[ )hydrogen peroxideH _{2} O _{2}34.01-0.43150.21.135potassium iodideKI16668113303.123distilled waterH _{2} O18010015. Procedure1) 반응용기와 기체의 부피를 측정하는 장치를 준비한다. 기체부피를 측정하는 관은 500mL 뷰렛을 사용해도 된다. 뷰렛의 위쪽에는 기체가 새어나가지 않도록 연한 고무마개를 사용한다.2) 물통에 3~5cm 높이까지 물을 채우고 온도계를 설치한 후, 기체 부피 측정관의 고무마개를 열고 물을 가득 채운다. 수위조절 용기의 높이를 조절해서 물 높이가 측정관에 새겨진 눈금의 가장 높은 곳에 오도록 한 후에 마개를 완전히 닫는다. 측정관의 연결부위가 새지 않는가를 확인하고 물 높이를 읽어서 기록한다.3) 반응 용기에 0.15M KI와 증류수 15mL를 넣고 흔들어주어서 혼합물의 온도가 물통에 담긴 물의 온도와 같아지도록 한다. 3%H _{2} O _{2} 용액 5mL를 넣고 마개를 막은 다음 잘 흔들어준다. 체온 때문에 반응 용기의 온도가 올라가지 않도록 반응용기의 끝부분만 잡는 것이 좋다.4) 약 2mL의 산소가 발생될 때부터 시간을 재기 시작한다. 발생한 기체에 작용하는 압력이 일정한 상태에서 산소 기체의 부피를 측정해야하기 때문에 수위조절 용기의 높이를 기체 부피 측정관의 물 높이에 따라서 움직이면서 산소 기체의 부피를 측정해야 한다. 산소 기체가 2mL씩 생성될 때마다 걸린 시간을 측정하는 일을 산소 기체의 부피가 14mL가 될 때까지 반복한다.5) 반응 용기를 증류수로 깨끗이 씻은 다음에 0.1M KI 10mL와 증류수 10mL에 3%H _{2} O _{2} 10mL를 첨가해서 위의 실험을 반복한다.6) 다시 반응 용기를 씻은 다음 0.1M KI 20mL와 증류수 5mL에 3%H _{2} O _{2} 5mL를 첨가해서 위의 실험을 반복한다.6. Result1. 신소발생에 걸린 시간(초)[Table 10-3, 산소발생에 걸린 시간]산소 부피 20mLH _{2} O _{2} 5mLH _{2} O _{2} 10mLH _{2} O _{2} 5mL증류수 15mL증류수 10mL증류수 5mL초기반응속도(m/s)0.2080.1470.208Cal) 초기반응속도초기반응속도= {2.5mL} over {초기발생까지`걸린시간(s)}1) 혼합물A{2.5(mL)} over {12(s)} `=`0.208(mL/s)2) 혼합물B{2.5(mL)} over {17(s)} `=`0.147(mL/s)3) 혼합물C{2.5(mL)} over {12(s)} `=`0.208(mL/s)3. 반응차수와 속도식[Table 10-5, 반응차수와 속도식]m(H _{2} O _{2}에 대한 반응차수)-0.503n(KI에 대한 반응차수)0반응속도식K[H _{2} O _{2} ] ^{-0.503} [KI] ^{0`}Cal)log {V _{b}} over {V _{a}} =mlog2=0.3mlog {V _{c}} over {V _{a}} =nlog2=0.3nV _{a} =k[5] ^{m} [10] ^{n} =0.208(mL/s)V _{b} =k[10] ^{m} [10] ^{n} =0.147(mL/s)V _{c} =k[5] ^{m} [20] ^{n} =0.208(mL/s)· m(H _{2} O _{2}에 대한 반응차수)log {V _{b}} over {V _{a}} =0.3m=log {0.147} over {0.208} =`-`0.151THEREFORE m=`-0.503· n(KI에 대한 반응차수)log {V _{c}} over {V _{a}} =0.3n=log {0.208} over {0.208} =`0THEREFORE n=`04. 속도상수 k값V=k[H _{2} O _{2} ] ^{-0.503} [KI] ^{0}Cal)1) 혼합물AK BULLET 5 ^{-0.503} TIMES 10 ^{0} =0.208THEREFORE K=0.4672) 혼합물BK BULLET 10 ^{-0.503} TIMES 10 ^{0} =0.147THEREFORE K=0.4683진다.

자연과학| 2020.04.19| 12페이지| 1,500원| 조회(624)

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[일반화학실험] 질산포타슘의 용해도 평가A좋아요

일반화학실험(결과 Report)Exp 9. 질산포타슘의 용해도1. Title : 질산포타슘의 용해도2. Date : 2014년 11월 19일 수요일3. PrincipleTRIANGLE G= TRIANGLE H-T TRIANGLE S고체 용질이 액체의 용매에 녹는 과정은 열역학적으로 다음과 같이 표현된다.여기서TRIANGLE H는 용질 분자가 용매 분자와 혼합될 때의 엔탈피의 변화이고,TRIANGLE S는 엔트로피의 변화이며,TRIANGLE G는 엔탈피와 엔트로피의 효과가 합쳐진 깁스에너지(Gibbbs energy)이다. 일정한 온도와 압력에서 용질이 자발적으로 녹기 위해서는TRIANGLE G0이고, 용질의 농도가 증가하면TRIANGLE S의 값은 감소한다. 따라서 용질이 녹으면서 열이 발생하는 경우 (TRIANGLE H열역학적으로TRIANGLE G= TRIANGLE H-T TRIANGLE S (ifTRIANGLE G=0 -> 자발적)THEREFORE For 자발적 반응->TRIANGLE H가 음수 orT TRIANGLE S보다 작거나TRIANGLE S가 크면 자발적(용질이 녹을 때는TRIANGLE S>0BECAUSE 엔트로피 증가)but, 점점 용질의 양uparrow 엔트로피downarrow `if 용질이 녹을 때 발열반응 ->TRIANGLE H>0THEREFORE TRIANGLE G 녹는데 제한이 Xif 흡열반응 ->TRIANGLE H>0THEREFORE 자발적 반응을 위해서T TRIANGLE S 값이TRIANGLE H보다 커야함but 용질양이 점점uparrow ->T TRIANGLE Sdownarrow `THEREFORE TRIANGLE H-T TRIANGLE S 순간이 옴=TRIANGLE G용질이 용매에 포화상태까지 들어갈 수 있는 정도= 용해도(solubility)4. Apparatus & Reagents1) Apparatus- test tube- beaker- pipet- hot plate- water bath- thermometer- balance-weighing paper- aspirator- Buchner funnel- suction flask- watch glass- spatula2)Reagents[Table 9-1. Reagents]NameFormulaF.W(g/mol)m.p(℃)b.p(℃)d(g/㎤)Potassium nitrateKNO _{3}101.103344002.109Copper(Ⅱ) nitrateCu(NO _{3} ) _{2}187.552561703.05distilled waterH _{2} O18010015. Procedure1) 큰 시험관에 증류수 10mL를 넣고KNO _{3} 4g을 정확하게 재서 함께 넣은 후에 고체가 완전히 녹을 때까지 가열한다. 액이 끓지 않도록 조심해야 한다.2) 온도계를 시험관에 넣고 조금씩 저어주면서 식힌다. 고체가 처음으로 나타나기 시작하는 온도를 기록한다.3)KNO _{3} 8g, 12g, 16g으로 같은 실험을 반복한다.4) 조교에게 질산구리Cu(NO _{3} ) _{2}처럼 색깔이 있는 염으로 오염된 시료 10g을 받는다.5) 오염된 시료의 75%가KNO _{3}라고 생각하고 75°C에서 시료를 완전히 녹이기 위해서 필요한 물의 양을 계산한다.6) 100mL 비커에 오염된 시료를 넣고 5)에서 계산한 양만큼의 물을 넣은 후에 시계접시로 비커를 덮고 서서히 가열해서 시료를 녹인다.7) 흐르는 수돗물에 비커를 담가서 식힌 후에 침전을 거름종이로 거르고, 차가운 물 소량으로 침전을 씻는다. 씻을 때 사용하는 물의 양이 최소가 되도록 노력하면서, 침전의 색깔이 없어질 때까지 씨는 과정을 반복한다.8) 마른 거름종이를 이용해서 침전을 말린 후에 무게를 잰다. 조교에게 시료의 조성을 물어보아서 회수율을 계산한다.9) 증류수 10mL를 넣은 시험관에 온도계를 꽃고 약 2g의KNO _{3}를 넣은 후에 온도 변화를 관찰한다.6. Result1. 용해도곡선1)KNO _{3} 몰농도와 결정생성온도? 몰농도와 온도[Table 9-2, 몰농도와 온도]KNO _{3}양(g정이 생긴온도(°C)40.03963.963980.07917.9153120.118711.8763160.158315.8379몰(mole)수= {질량} over {분자량}Cal)KNO _{3}의 분자량=101.1g/mol①{4(g)} over {101.1(g/mol)} =0.0396(mol)②{8g} over {101.1(g/mol)} =0.0791(mol)?{12g} over {101.1(g/mol)} =0.1187(mol)?{16g} over {101.1(g/mol)} =`0.1583(mol)몰농도(M)= {용질의`몰수(mol)} over {용액의`부피(L)}①{0.0396(mol)} over {0.01L} =3.96(M)②{0.0791(mol)} over {0.01(L)} =7.91(M)?{0.1187(mol)} over {0.01(L)} =11.87(M)?{0.1583(mol)} over {0.01(L)} =15.83(M)2)TRIANGLE H 결정?KNO _{3} 무게에 따른 용해도[Table 9-3.KNO _{3}무게에 따른 용해도]KNO _{3}양(g)몰농도(M)온도(K)logM1/K43.96312.150.59770.003287.91326.150.89820.00311211.87336.150.07450.00301615.83352.151.19950.0028온도(K)=섭씨온도( DEG C)`+273.15Cal)① 39(°C) + 273.15 = 312.15(K)② 53(°C) + 273.15 = 326.15(K)? 63(°C) + 273.15 = 336.15(K)? 79(°C) + 273.15 = 352.15(K)logM① log3.96 = 0.5977② log7.91 = 0.8982? log11.87 = 1.0745? log15.83 = 1.19951/K①{1} over {312.15} =0.0032②{1} over {326.15} =0.0031?{1} over {336.15} =0.0030?{1} over {352.15} =0.0028? 기울기와 절편을 RIANGLE S 구하기(흡열반응 or 발열반응)Cal)logK _{SOL} =`- {TRIANGLE H} over {2.303RT} + {TRIANGLE S} over {2.303R}y=-1426.1x+5.2566#```````(y=logM``,`x=1/k)KNO _{3} ````` -> ```````K ^{`+} +NO _{3}^{`-}K=[K ^{+} ]=[NO _{3}^{`-} ]K=M ^{2}logK=logM ^{2} =2logMTHEREFORE {1} over {2} logk=logM{1} over {2} TIMES logK _{sol} =`- {1} over {2} TIMES {TRIANGLE H} over {2.303R} TIMES {1} over {T} + {1} over {2} TIMES {TRIANGLE S} over {2.303R}logM=`-1426.1 {1} over {K} `+`5.2566(R=8.314J/mol BULLET K)BULLET TRIANGLE H``구하기1426.1= {TRIANGLE H} over {2.303 TIMES 8.314J/mol BULLET K} TIMES {1} over {2} TIMES {1} over {K}THEREFORE TRIANGLE S=201.3`J/mol BULLET K따라서TRIANGLE H>0 이므로 흡열반응이다.2. 오염된 시료 회수율[Table 9-4, 오염된 시료 회수율]오염된 시료의 무게(g)10재결정으로 회수한KNO _{3}의 무게(g)3.681오염된 시료중 들어있는KNO _{3}의 무게(g)7.5회수율(%)49.08Cal)- 재결정으로 회수한KNO _{3}의 무게(g) + Filter paper 무게(g) = 4.884(g)- Filter paper의 무게 = 1.203(g)THEREFORE 재결정으로 회수한KNO _{3}의 무게(g) = 4.884(g) - 1.203(g)= 3.681(g)- 회수율회수율(%)= {재결정으로`회수한`KNO _{3} 의`무게(g)} over {오염 _{3} 의`무게(g)} TIMES 100(%)= {3.681(g)} over {7.5(g)} TIMES 100(%)=49.08(%)7. Discussion용해도(solubility)는 주어진 조건에서 일정한 양의 어떤 물질(용매) 속에 용해되는 한 물질(용질)의 양을 나타낸다. 예를 들면, 염화소듐 36.0g이 20℃의 물 100g 속에 녹으면 물에 대한NaCl의 용해도는 20℃에서 36.0g/100gH _{2} O가 된다. 용해도는 종종 상대적인 방법으로 표현된다. 예를 들면, 어떤 물질이 매우 잘 녹거나, 적절히 녹거나, 조금 녹거나 또는 녹지 않는다고 한다. 이들 용어는 용질이 얼마나 녹는지를 정확하게 나타내지는 못하지만, 물질의 용해도를 정성적으로 표현하는데 사용된다.용해도를 표현하는 또 다른 용어는 섞일 수 있는과 섞일 수 없는 두가지이다. 혼합하여 균일한 용액을 만들 수 있는 액체들은 섞일 수 있는(miscible)관계라고 하며, 용액을 만들지 못하거나 일반적으로 서로 용해되지 않는 액체들은 섞일 수 없는(immiscible)관계라고 한다. 메틸알코올과 물은 서로 모든 비율로 섞인다. 기름과 물은 섞이지 않고, 혼합하면 두 개의 분리된 층을 이룬다.온도는 대부분 물질의 용해도에 영향을 미친다. 대부분의 용질은 일정한 온도에서 특정 용매에 대한 제한된 용해도를 가지고 있다. 액체 속에 녹아 있는 대부분의 고체는 온도를 높이면 용해도가 증가하게 된다. 그러나 단 하나의 규칙으로 온도 변화에 따른 액체에 대한 고체의 용해도를 모두 설명할 수는 없다. 일부 고체의 용해도는 온도 증가에 따라 아주 조금씩 증가하고 어떤 고체는 온도가 증가함에 따라 용해도가 감소한다. 한편, 물에 대한 기체의 용해도는 온도가 증가하면 일반적으로 감소한다. 물을 가열할 때 조그마한 기포가 생기는 것은 온도가 상승하면 공기의 용해도가 감소하기 때문이다. 온도를 높이면 기체분자의 운동에너지(속도)가 증가하고, 그렇게 되면 액체 분자와 “결합”을 형성할 수 있는 능력이 줄어들게 되 된다.

자연과학| 2020.04.17| 11페이지| 1,500원| 조회(719)

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[일반화학실험] 금속의 반응성

일반화학실험(결과 report)Exp 5. 금속의 반응성1. Title : 금속의 반응성2. Date : 2014년 10월 29일 수요일3. Principle모든 금속 원소는 반응성이 다르다. 본 실험에서는 전자를 잃고 양이온으로 되는 경향을 측정하여 몇 가지 금속의 화학 반응성을 결정한다.대표적인 산화-환원 반응으로 다음과 같은 반응이 있다.Zn(s)```+```Cu ^{2+} (aq)`` -> `Zn ^{2+} (aq)`+`Cu(s)`이 반응을 산화 및 환원 반쪽반응(half reaction)으로 나타내면 다음과 같다.(산화)`Zn(s)``` -> ``Zn ^{2+} (aq)+2e ^{-}(환원)`Cu ^{2+} (aq)```+2e ^{-} `` -> `Cu(s)여기서 반응성이 보다 큰 아연은 자신이 산화되어 양이온으로 되면서 이온 상태의 구리를 환원시킨다. 위의 산화-환원 반응에 대한 역반응은 자발적으로 일어나지 않으므로 우리는 아연의 이온화 경향 및 반응성이 구리보다 크다고 말한다. 본 실험에서는 여러 가지 금속과 금속의 양이온을 반응시켜 상대적인 반응성을 알아보고자 한다.4. Apparatus & Reagents1) Apparatus- test tube- test tube rack- beaker- spoid- pincette2)Reagents[Table 6-1. Reagents]NameFormulaF.W(g/mol)m.p(℃)b.p(℃)d(g/㎤)PlumbumPb207.2327.46174911.34CopperCu63.5461084.6225628.96ZincZn65.38419.539077.14IronFe55.845153828627.824AluminiumAl26.98660.3224702.7NickelN`i58.69145527308.90Plumbum(Ⅱ) nitratePb(NO _{3} ) _{2}331.2270-4.53Copper(Ⅱ) nitrateCu(NO _{3} ) _{2}187.55256-3.05Iron(Ⅱ) nitrateFe(NO _{3} ) _{2}18060.05--Aluminium nitrateAl(NO _{3} ) _{2}212.99661501.725. Procedure1) 금속의 이름을 붙인 6개의 시험관에 산화물을 제거하기 위해 강철 솜이나 사포 등으로 잘 닦은 Pb Cu Zn Fe Al Ni 금속 조각을 한 가지씩 넣는다. 각 시험관에 0.1MPb(NO _{3} ) _{2} 2mL 정도를 가하여 5분 동안 방치한 후 변화를 관찰한다. 금속이 변색되거나 용액의 색깔이 변하는 것으로 반응이 일어난다는 것을 알 수 있다.2) 위에서 사용하였던 시험관을 깨끗이 씻은후, 각각의 금속에 0.1MCu(NO _{3} ) _{2} ,Fe(NO _{3} ) _{2} ,Al(NO _{3} ) _{2} 수용액 2mL 정도를 가하여 실험을 반복한다.6. Result1) 반응의 기록[Table 6-2, 반응결과 표]Pb(NO _{3} ) _{2}Cu(NO _{3} ) _{2}Fe(NO _{3} ) _{2}Al(NO _{3} ) _{2}NiXXXXZnO (결정석출)O (금속색 변화)푸른색->청록색X (수용액 색변화)노란색->진한주황XFeXXX (수용액 색변화)노란색->주황X (기포생김)AlXXXXPbXO (금속색 변화)갈색->검정색XXCuXXXX2) 반응식 및 결과①Pb(NO _{3} ) _{2} 용액에 금속을 넣은 경우- Ni : 반응안함- Zn :Pb(NO _{3} ) _{2} (aq)```+```Zn(s)`` -> `Zn(NO _{3} ) _{2} (aq)`+`Pb(s)`THEREFORE Zn>Pb - Fe : 반응안함- Al : 반응안함- Pb : 반응안함- Cu : 반응안함②Cu(NO _{3} ) _{2} 용액에 금속을 넣은 경우- Ni : 반응안함- Zn :Cu(NO _{3} ) _{2} (aq)```+```Zn(s)`` -> `Zn(NO _{3} ) _{2} (aq)`+`Cu(s)`THEREFORE Zn>Cu - Fe : 반응안함- Al : 반응안함- Pb :Cu(NO _{3} ) _{2} (aq)```+```Pb(s)`` -> `Pb(NO _{3} ) _{2} (aq)`+`Cu(s)`THEREFORE Pb>Cu - Cu : 반응안함?Fe(NO _{3} ) _{2} 용액에 금속을 넣은 경우- Ni : 반응안함- Zn : 반응안함- Fe : 반응안함- Al : 반응안함- Pb : 반응안함- Cu : 반응안함?Al(NO _{3} ) _{2} 용액에 금속을 넣은 경우- Ni : 반응안함- Zn : 반응안함- Fe : 반응안함- Al : 반응안함- Pb : 반응안함- Cu : 반응안함3) 반응성 크기 비교: Al>Zn>Fe>Ni>Pb>Cu7. Discussion반응을 할 때 전자는 하나의 반응물로부터 다른 반응물로 이동된다. 이러한 반응을 산화-환원 반응이라고 한다. 가장 일반적인 산화-환원 반응은 금속의 부식이다. 구리 지붕이나 동상의 표면에 생성되는 녹색 층처럼, 금속 표면에만 부식이 국한되는 경우도 있다. 다른 경우는 부식이 금속 내부까지 진행되어 금속의 강도가 저하되는 경우이다. 철의 부식이 좋은 예이다. 금속의 부식이란 어떤 환경에서 금속과 다른 물질 간의 반응에 따라 금속이 금속 화합물로 변환하는 것이다. 금속이 부식할 때, 각 금속-원자는 전자를 잃고 양이온을 생성하고, 음이온과 결합하여 이온 결합 화합물을 생성한다. 자유의 여신상의 녹색 녹은Cu ^{2+}과 수산화 이온 및 탄산 이온이 결합된 것이고, 철의 녹은Fe ^{3+}와 산화 이온 및 수산화 이온이 결합된 것이며, 은의 녹은Ag ^{+}과 황화 이온이 결합된 것이다. 원자, 이온, 분자가 더 큰 양전하를 띠면 (즉, 전자를 잃으면) 그것은 산화되었다고 한다. 즉, 물질에 의해 전자를 잃는 것이 산화 (Oxidation)이다. 산화라는 용어는, 이 유형의 첫 번째 반응이 산소와 반응한 것이 연구되었기 때문에 붙은 것이다. 많은 금속은 공기 중에서O _{2}와 직접 반응하여 금속 산화물을 만든다. 이 반응에서 금속은 산소에 전자를 잃어버리고, 금속 이온과 산화 이온의 이온 결합 화합물을 생성한다. 철이 녹스는 과정은, 물이 있는 곳에서 철 금속과 산소의 반응이다. 이 과정에서 철은 산화되어(전자를 잃고)Fe ^{3+} 이온ㅇ을 생성한다. 철과 산소의 반응은 비교적 느린 반응이지만, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속은 공기 중에서도 매우 빨리 반응한다. 또한 산과 염에 의해 금속이 산화된다. 이들 반응은 용액 중 이온이 원소의 산화를 통하여 치환되므로, 치환반응 (displacement reaction) 이라고 한다. 여러 가지 금속은 산과 치환반응을 일으켜서 염과 수소 기체를 생성한다. 예를 들어, 마그네슘 금속은 염산과 반응하여 염화마그네슘과 수소 기체를 생성한다.

자연과학| 2019.06.11| 7페이지| 1,500원| 조회(459)

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