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반응열 측정 평가A+최고예요

REPORT반응열 측정1. 실험 날짜: 2020.05.222. 실험 제목: 반응열 측정 실험3. 실험 목표- 반응계의 반응열을 측정하여 엔탈피 및 헤스의 법칙을 이해한다.- 일정량의 산과 염기가 반응하면 물과 염을 만들고 열을 발생하는데 이 반응열을 실험을 통해 계산으로 측정해 낼 수 있다.4. 실험 이론1) 반응열화학 반응이 일어날 때는 항상 열을 방출하거나 흡수한다. 이때 발출하거나 흡수하는 열을 반응열이라고 한다. 흡열반응은 반응물의 에너지보다 생성물의 에너지가 높은 경우로 열을 흡수하는 반응이다. 발열반응은 생성물의 에너지보다 반응물의 에너지가 높은 경우로 열을 방출하는 반응이다. 흡열반응이 일어나면 열을 흡수하므로 주위의 온도가 내려가고 발열반응이 일어나면 열을 방출하므로 주위의 온도가 올라간다.1-1) 반응열의 종류반응열의 종류에는 연소열, 중화열, 생성열, 분해열, 용해열이 있다.① 연소열연소열은 어떤 물질 1몰이 완전히 연소하여 가장 안정한 상태의 생성물로 될 때 방출되는 열량을 말한다.② 중화열중화열은 산과 염기가 중화 반응하여 물 1몰이 생성될 때 방출되는 열량을 말한다.③ 생성열생성열은 가장 안정한 성분 원소로부터 어떤 물질 1몰이 생성될 때 방출되거나 흡수되는 열량을 말한다. 25°C 1기압에서 성분 원소로부터 물질 1몰이 생성될 때의 엔탈피 변화를 표준생성 엔탈피라고 한다.④ 분해열분해열은 어떤 물질 1몰이 가장 안정한 성분 원소로 분해될 때 방출되거나 흡수되는 열량을 말한다. 분해열은 생성열과 크기가 같고 부호가 반대이다.⑤ 용해열용해열은 어떤 물질 1몰이 충분한 양의 물에 용해될 때 방출되거나 흡수되는 열량을 말한다.2) 열역학의 정의, 계와 주위열역학이란 물질의 상태 변화에 따라 발생하는 열과 일의 양을 에너지와 엔트로피 등의 열역학 변수들을 이용하여 분석하는 학문이다. 열역학에서는 우주를 계와 계를 제외한 주위로 나눈다. 계는 화학적 또는 물리적 변화가 일어나는 물질 또는 혼합계를 말하고 계의 바깥쪽에 있는 모든 것을 주위라고 한해진 상태에서 다른 상태로 변화시키는데 외부에서 물체에 주어야 하는 열량과 일의 합은 항상 일정하다.③ 열역학 제 2법칙열역학 제 2법칙은 엔트로피 증가 법칙으로 우주와 같은 고립계에서 자발적 변화가 일어날 때 전체 엔트로피는 항상 증가한다는 법칙이다. 우주에서 일어나고 있는 모든 현상은 어떤 자발적인 변화에 의한 것이므로 우주의 엔트로피는 끊임없이 증가하고 있다.④ 열역학 제 2법칙열역학 제 2법칙은 절대 영도(0K) 법칙으로 일반적으로 물체가 지닌 엔트로피는 온도가0K에서 0이된다는 법칙이다. 절대 영도(0K)에서 순수한 결정성 물질의 엔트로피는 0이다.3) 엔탈피물리, 화학적 변화는 대기압이라는 일정 압력에서 일어난다. 일정 압력하에서 열이 흡수되거나 방출되는 양, 물질이 가지고 있는 에너지를 엔탈피라고 한다. 화학 반응이 일어날 때 반응물이 생성물로 바뀌면서 반응물과 생성물의 엔탈피 차에 해당하는 에너지가 방출되거나 흡수된다. 화학 반응에서는 물질 사이의 엔탈피 변화가 주로 열에너지 형태로 나타난다. 따라서 반응열을 측정하여 엔탈피 변화를 알 수 있다. 일정한 압력에서 화학반응이 일어날 때 엔탈피 변화를 반응 엔탈피라고 한다. 엔탈피의 단위는KJ/mol 또는KCal/mol을 사용한다. 반응 엔탈피는 생성물의 엔탈피합에서 반응물의 엔탈피 합을 뺀 것이다. 발열 반응에서는 반응물의 엔탈피가 생성물의 엔탈비보다 더 크므로 반응 엔탈피의 값이 음수이다. 흡열 반응에서는 반응물의 엔탈피가 생성물의 엔탈피보다 더 작으므로 반응 엔탈피의 값이 양수이다.TRIANGLE H`=`H(생성물)`-`H(반응물)4) 열화학 반응식열화학이란 반응열이나 생성열을 측정하는 분야하고 할 수도 있지만 넓은 의미로 화학 물질의 구조, 성질, 반응 등에 관계하는 에너지적 측면의 온도 변화를 연구하는 학문이다. 화학 반응에서 출입하는 열을 표현하기 위해 화학 반응식에 반응열이나 반응엔탈피를 함께 나타낸 것을 열화학 반응식이라고 한다. 발열 반응에서는 열을 방출하므로 반응열을 화학 반응식에 에서 볼 수 있는 현상들 중에 아이스크림이 녹거나 커피에 설탕이 녹는 것은 어떤 변화가 외부의 도움 없이 스스로 일어나는 자발적 현상이다. 그와 반대로 어떤 변화가 외부에서 영향을 주지 않는 한 일어나지 않는 것을 비자발적이라고 한다. 자발적으로 일어나는 변화는 대부분 무질서도가 증가하는 방향으로 진행된다. 이러한 무질서도의 척도를 엔트로피라고 한다. 엔트로피의 단위는cal`/deg`mol를 사용한다. 질서있는 상태에서 무질서한 상태가 되는 것은 엔트로피가 증가하는 것이므로 엔트로피가 증가하는 과정은 자발적으로 일어난다. 고체에서 액체로, 액체에서 기체로 물질의 상태가 변할 때나 이온성 고체가 물에 녹아 용액이 생성될 때, 화학 반응에서 기체의 분자수가 증가할 때 엔트로피가 증가한다. 열역학 제 2법칙에 의하면 고립계의 엔트로피는 줄어들지 않는다. 고립계에서 자발적 변화가 일어나면 전체 엔트로피는 항상 +이므로 계의 엔트로피는 항상 +값을 가진다.6) 헤스의 법칙엔탈피는 상태함수이므로 초기 상태에서 마지막 상태로 진행될 때 엔탈피의 변화는 반응경로와 무관하다. 화학 반응에서 처음 반응물의 종류와 상태, 나중 생성물의 종류와 상태가 같으면 반응이 한 단계에서 일어나든지 여러단계를 거쳐서 일어나든지 반응 경로에 상관없이 반응이 일어나는 동안 방출하거나 흡수한 열량이 같다는 것이 헤스의 법칙이다. 역반응의 경우에는 정반응의TRIANGLE H값과 크기는 같고 부호는 반대이다.TRIANGLE H의 크기는 반응에서 반응물과 생성물의 양에 비례한다. 완결된 반응식에서 K배로 곱해졌으면TRIANGLE H와 K를 곱해주고 반응식이 K배로 나누어졌으면TRIANGLE H와 K를 나누어주면 된다. 반응이 너무 느리게 일어나거나 완전히 진행되지 않을 때, 원하는 생성물이 생성되지 않을 경우 반응열을 직접 측정하여 반응엔탈피를 구하기 어렵다. 이런 경우에 헤스의 법칙을 사용하여 반응 엔탈피를 계산할 수 있다.반응열TRIANGLE H _{1} :`NaOH _{(S)} `+`H _{(aq계를 사용하여 측정할 수 있다. 열량계와 외부 사이에 열의 출입이 없을 때 화학 반응에서 발생한 열량은 열량계가 얻은 열량과 같으며 용액이 얻은 열량을 통해 계산할 수 있다. 비열이 C이고 질량이 m인 물체의 온도가TRIANGLE T일 때 열량은Q``=`c` TIMES `m` TIMES TRIANGLE T````(c`=`용액의`비열,```m`=`용액의`질량,``` TRIANGLE T`=`온도`변화`)``````이다.하지만 반응열의 일부가 열량계 등의 실험 기구의 온도를 변화시키는데 쓰이거나 열량계 바깥으로 빠져나가면 실제값과 차이가 나게된다. 따라서 통열량계를 사용하여 반응열을 측정하는데 통열량계에서는 열량계와 외부 사이에 열의 출입이 거의 없으므로 화학 반응에서 발생하는 열을 모두 통 열량계와 물이 흡수하게 된다. 따라서 발생한 열량은 물이 흡수한 열량과 통열량계가 흡수한 열량을 더하여 구할 수 있다.Q``=`(c _{물} TIMES `m _{물} ` TIMES ` TRIANGLE T`)`+`(c _{열량계} ` TIMES `m _{열량계``} TIMES TRIANGLE T)`5. 실험 기구 및 시약: 250mL 삼각 플라스크, 500mL 비커, 메스실린더,NaOH,HC`l, 온도계, 저울6. 실험 방법반응 (1)의 반응열 측정① 250mL 삼각 플라스크의 무게와NaOH 2g을 측정한다.② 0.25MHC`l 200mL 제조 후 보온재로 플라스크를 감싼뒤에 온도가 안정되면 온도를 측정한다..③NaOH 2g을HC`l이 들어있는 삼각 플라스크에 넣어준다.④NaOH를 잘 흔들어서 녹인 후 최고 온도를 측정한다.⑤NaOH을 첨가한HC`l용액의 질량을 측정한다.반응 (2)의 반응열 측정⑥ 0.25MHC`l 대신 증류수 200mL를 사용하여 실험을 반복한다.⑦ 보온재로 감싸준 뒤 증류수의 온도를 측정한다.⑧NaOH 2g을 측정한 뒤 증류숙 들어있는 삼각 플라스크에NaOH을 넣고 잘 녹인 후에 최고 온도를 측정한다.반응 (3)의 반응열 측정⑨ 0.5MNaOH, 0.5MHC TIMES ` TRIANGLE T용액에 의해 흡수된 열량:Q``=`c` TIMES `m` TIMES TRIANGLE T`=`4.18J/g DEG C` TIMES `131.275g` TIMES `3 DEG C`= 1646.2J플라스크에 의해 흡수된 열량:Q``=`c` TIMES `m` TIMES TRIANGLE T`=`0.85J/g DEG C` TIMES `170.949g` TIMES `3 DEG C`= 435.9J반응(1)에서 방출된 열량: 1646.2J+435.9J = 2082.1JNaOH 1mol당 반응열,TRIANGLE H _{(1)}: -41.64KJ/molNaOH 의 몰수:몰수=` {용질의`질량} over {몰질량} `=` {2.0g} over {40.0g/mol} `=`0.05mol- {2082.1} over {0.05} `=`-41642J`=`-41.64KJ/mol2) 반응(2)의 반응열삼각 플라스크의 무게: 170.949g고체NaOH의 무게: 2.010gNaOH 용액+플라스크의 무게: 363.925gNaOH 용액의 무게: 192.976g물의 온도(T _{i}): 22°CNaOH 용액의 최고 온도(T _{f}): 24°C온도차,TRIANGLE T`=`T _{f`} -`T _{i}: 2°C용액에 의해 흡수된 열량:Q``=`c` TIMES `m` TIMES TRIANGLE T`=`4.18J/g DEG C` TIMES `192.976g` TIMES `2 DEG C`= 1613.3J플라스크에 의해 흡수된 열량:Q``=`c` TIMES `m` TIMES TRIANGLE T`=`0.85J/g DEG C` TIMES `170.949g` TIMES `2 DEG C`= 290.6J반응(2)에서 방출된 열량: 1903.9JNaOH 1mol당 반응열,TRIANGLE H _{(2)}:KJ/molNaOH 의 몰수:몰수=` {용질의`질량} over {몰질량} `=` {2g} over {40.0g/mol} `=`0.05mol- {1903.9} over {0.05} `=`-8J

자연과학| 2021.03.25| 8페이지| 1,000원| 조회(407)

일반화학실험, 반응열 측정, 반응열 측정 실험

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물질의 분자량

REPORT물질의 분자량1. 실험 날짜: 2020.05.012. 실험 제목: 물질의 분자량 실험3. 실험 목표- 미지의 유기 성분이 함유된 수용액의 어는 점 강하를 측정하여 그 유기 성분의 분자량을 결정한다.4. 실험 이론1) 어는 점어는 점이란 액체를 냉각시켜 고체로 상태 변화가 일어나기 시작할 때의 온도를 말한다. 순수한 물질의 어는 점과 녹는 점은 항상 같은 온도를 나타내며 물질마다 다른 값을 가지는 물질의 특성이 된다. 어는 점은 냉각 곡선으로부터 얻어지며 냉각 곡선은 액체 상태의 물질을 일정한 속도로 식히면서 시간에 따른 온도 변화를 나타낸 것이다.① 물의 냉각 곡선순수한 물의 어는점은 0°C이고 냉각 곡선상에서 온도가 일정하게 유지되는 구간이 나타난다. 이 구간은 액체와 고체가 서로 평형상태에 있는 구간이며 액체는 고체화될 때 녹는 열과 동일한 열을 방출한다. 액체는 평형 어는 점보다 낮은 온도로 냉각될 수 있는 데 이러한 경우를 초냉각이라고 한다. 실제 어는 점은 냉각 곡선의 수평 부분이다.순수한 물의 냉각 곡선② 용액의 냉각 곡선용액의 어는 점은 순수한 물의 어는점보다 낮다. 혼합물인 용액의 어는 점은 용액이 어는 과정에서 순수한 물의 냉각 곡선에서처럼 온도가 일정하게 유지되는 구간이 없다. 냉각 곡선이 수평하지 않은 이유는 용액이 어는 과정에서 액체의 조성이 변하기 때문이다. 따라서 용액이 냉각하여 어는 점에서 얼기 시작할 때 용액의 농도는 증가하고 어는 점은 감소하게 된다.용액의 냉각곡선2) 어는 점 내림순수한 물질에 용질을 첨가하여 용액을 만들면 용매의 어는 점이 낮아지는데 이러한 현상을 용액의 총괄성 중에 하나인 어는 점 내림이라고 한다. 비휘발성 용질이 녹아있는 용액의 어는 점은 순수한 용매의 어는 점보다 낮다. 비휘발성 용질이 녹아있는 용액에서는 용질 입자가 용매 입자의 인력을 방해하므로 순수한 용매만 있을 때보다 얼기 어렵다. 비휘발성 용질을 녹인 묽은 용액의 경우 용액의 어는 점은 용액 속에 녹아있는 용질의 입자 수에 비례해 낮아진} prime `-`T _{f} ^{0} m2-2) 몰랄농도용액의 농도를 나타내는 방법 중 대표적인 방법은 퍼센트 농도, 몰농도, 몰랄농도로 나타내는 것이다. 퍼센트 농도는 용액 100g속에 녹아 있는 용질의 질량을 나타낸 것이다. 몰농도는 실험을 할 때 자주 사용하며 용액 1L속에 녹아 있는 용질의 몰수이다. 몰농도의 단위는 M, g/mol을 사용한다. 하지만 몰농도는 용액의 부피를 기준으로 나타낸 것이기 때문에 온도가 달라지면 부피도 달라지게 되며 몰농도는 온도에 따라 달라진다. 따라서 온도의 변화와 관계없이 일정한 농도 값이 필요할 때에는 몰농도 대신 몰랄농도를 사용한다. 몰랄농도는 용매 1Kg속에 녹아있는 용질의 몰수이다. 몰랄농도의 단위는 m, mol/Kg을 사용한다.`````````````몰랄농도(m)`=` {용질의`몰수`(moles`of`solute)} over {용매의`질량(Kg`solvent)}#`#=` {용질의`질량(grams`of`solute)/용질의`분자량(MW)} over {용매의`질량(Kg`solvent)}3) 분자량① 분자량화학에서 사용되는 분자량은 상대값으로 분자성 화합물의 1몰당 질량 값을 g으로 나타낸 수치이다. 이온성 화합물과 같이 분자성 화합물이 아닌 경우 분자량 대신 화학식량을 사용한다. 아보가드로는 여러 원자와 분자의 무게를 측정하여 수소 1개는{1} over {6.02` TIMES `10 ^{23}}이며 물분자 1개는{18} over {6.02` TIMES `10 ^{23}}이며 분자량은 항상6.02` TIMES 10 ^{23}의 일정한 배수로 나타난다는 사실을 발견하였다. 그 결과 수소는 1, 탄소는 12, 질소는 14등과 같이 분자량은 화학에서 상대적인 값으로 사용되어 왔다. 분자량은 분자를 구성하는 모든 원자들의 원자량을 합하여 구할 수 있다. 분자량과 몰질량은 비슷하지만 분자량은 분자 1몰을 구성하는 원자들의 원자량의 합이고 몰질량은 어떤 물질(원자, 분자, 이온) 1몰의 질량이다. 분자량과 몰질량의 단위는 g/{m` TIMES `kg`solvent} ``(MW``=`용질의`분자량)4) 원자량원자량이란 해당 원소 1몰의 평균 질량값을 의미한다. 원자량을 정확하게 이해하기 위해서 원자량과 원자질량의 관계를 알아야 한다. 원자질량은C _{12}원자 1개 질량의{1} over {12}에 해당하는 질량이다. 원자 1개의 질량 단위는 1amu이며1amu`=`1.611` TIMES `10 ^{-24} g이다. 원자질량에 아보가드로수를 곱한 값이 원자량이 된다. 원자량, 분자량, 몰질량을 쓸때에는 단위를 구분해서 써야한다. 따라서 수소의 원자량은 1amu, 수소의 몰질량은 1g/mol 이라고 쓴다. 하지만 주기율표에 나와있는 탄소 원자의 원자량은 12.011이다. 그 이유는 원자량이 자연적으로 존재하는 동위원소의 존재비를 기준으로 평균을 낸 원자질량이기 때문이다. 따라서 모든 동위원소를 포함한 평균값이라고 정의할 수 있다.C _{12} `원자`1개의`질량`= {C _{12} `atom`12.00g} over {C _{12} `atom`1mol} `=` {C _{12} `atom`12.00g} over {C _{12} `atom``6.022` TIMES 10 ^{23}} ``=`1.993` TIMES `10 ^{-23} g##````````````````````````````````````````````````````````````````````````` {1.993` TIMES `10 ^{-23} g} over {12} `=`1amu`=`1.661` TIMES `10 ^{-24}5. 실험 기구 및 시약: 증류수, 얼음, NaCl, 온도계, 스탠드 및 클램프, 비커, 초시계, 고무마개, 시험관6. 실험 방법① 비커에 얼음과 소금(NaCl)을 번갈아 넣으며 여러 층을 만들어 준다.② 메스실린더를 이용하여 증류수 20ml를 측정한다.③ 증류수를 준비한 시험관에 넣어주고 입구를 파라필름으로 막아준뒤 온도계를 넣어 고정시킨다.④ 비커 안에 시험관을 넣고 클램프를 이용하여 고정시킨다.⑤ 일043600.8303.53900.36034200902.845001202.548001502.*************2101.857002401.52701.1300133012) 혼합물의 시간-온도 그래프- 추정되는 어는 점= -1.7°C시간(초)온도(°C)시간(초)온도(°C)043900303.5420-0.2603450-0.5902.5480-0.91202.3510-11502540-1.21802570-1.52101.2600-1.72401630-1.72700.8660-1.73000.2690-1.73300720-1.73600750-1.73) 어는 점 내림 식을 통해 혼합물에서의 용질의 분자량과 오차율 계산(용매의 질량은 내삽법 이용한 밀도(정밀) 혹은 0°C에서의 밀도(가정) 이용)어는 점 내림 식 (어는 점 내림 상수 =K _{f} , 몰랄농도 =m , 용매의 질량 =W , 용질의 질량 =w , 용질의 분자량 =M)TRIANGLE T _{f`} =`K _{f} ` TIMES `m`=` {w/M} over {W/1000}````(K`=`몰랄`어는`점`내림`상수``````m`=`몰랄농도)TRIANGLE T _{f`} =` {1000` TIMES `w TIMES `K _{f}} over {M` TIMES W} `M`=` {1000` TIMES `w` TIMES `K _{f}} over {TRIANGLE T _{f} ` TIMES `W}① NaCl의 어는 점 내림TRIANGLE T _{f} =T _{f} ``-T _{f} ` prime `=`0 DEG +1.7 DEG `=`1.7 DEG② 용매의 질량 W(0°C 1기압에서 물의 밀도 1.0g/ml로 가정)d(밀도)`=` {m(질량)} over {V(부피)} ```````m`=dV`=`20g③ 용매의 몰랄 어는 점 내림 상수: 1.86K/m④ NaCl의 분자량M`=` {1000` TIMES `w` TIMES `K _{f}} over {TRIANGLE T _{f} ` TIMES `W} `=` {1000` TIMES `2g` TIME외에 다른 방법 (3개 이상)- 질량 분석법질량 분석법은 정밀하게 절대 분자량을 측정할 때 사용하며 이온화된 시료를 일정한 자기장 내부를 통과시켜 휘어지는 정도를 측정하여 전하-질량비를 계산하는 분석 기술이다. 질량 분석법에서는 시료를 수많은 전자로 때려 이온화 시킨다. 이온화된 시료를 자기장 또는 전기장 속을 통과시키면 역학적 운동의 차이가 생기고 질랑과 전하의 비의 순으로 분리 기록한다. 따라서 분자 이온의 질량수로부터 분자량을 알 수 있다. 질량 분석법에서는 정확한 분자량, 화학적 분석을 통해 해당 물질이 다른 물질과 동일한지 확인하거나 화합물의 구조를 추정할 수 있다.- 점도 측정법분자의 크기가 커질수록 점도는 커진다. 점도 측정법은 분자량과 점도 사이의 밀접한 관계를 이용하여 점도 측정을 통해 간접적으로 분자량을 측정하는 방법이다. 점도 측정법은 온도를 높여 해당 고분자 시료를 녹이거나 특정 용매에 일정한 농도로 녹인 후 모세관 점도계를 이용하여 고유점도를 측정하여 분자량을 알아낼 수 있다. 이 방법은 상대적인 분자량이 측정되기 때문에 절대 점도에 따른 표준 시료의 분자량을 알고 있어야 한다.- 증기압 삼투법삼투압은 용매나 용질의 종류와 관계없이 용액의 몰농도와 절대 온도에 비례한다. 이것을 반트 호프 법칙이라고 한다.PI `=`CRT```(C`=`몰농도,`R`=`기체`상수,`T`=`절대`온도) 삼투압을 측정하면 반트 호프 법칙을 이용하여 용액 속에 녹아있는 용질의 분자량을 구할 수 있다.8. 고찰: 이번 실험은 용액의 어는점 내림을 이용하여 물질의 분자량을 알아보는 실험이었다. 미지의 유기 성분이 함유된 수용액의 어는 점 내림을 이용하여 그 유기 성분의 분자량을 결정하는 것이 이번 실험의 목표였으며 실제로도 단순히 어는 점 내림을 확인하는 것에만 목적을 두지 않았으며 미지 시료인 NaCl의 분자량을 결정하기 위해 물질의 분자량, 어는 점 내림에 대한 이론을 미리 학습하였다. 실험 이론과 마찬가지로 순물질의 냉각곡선과 혼합물의 냉각곡선의 모양은 서로

자연과학| 2021.03.25| 8페이지| 1,000원| 조회(205)

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화학평형 상수의 결정 평가A+최고예요

REPORT화학평형 상수의 결정1. 실험 날짜: 2020.06.052. 실험 제목: 화학평형 상수의 결정 실험3. 실험 목표- 비색법으로 착이온의 농도를 알아내고 착이온 생성 반응의 평형상수를 결정한다.- 화학 반응이 평형 상태에 도달하였을 때 평형상태에서 존재하는 반응물과 생성물(착이온) 각각의 농도를 비색법으로 측정하여 반응의 상수를 결정할 수 있다.4. 실험 이론1) 착이온착이온이란 중심 금속 이온에 리간드가 배위 결합하여 이루어진 이온을 말한다. 리간드는 중심 금속 원자에 결합하여 배위 착화합물을 형성하는 분자나 이온을 말한다. 착이온은 중심에 원자나 이온이 있고 그 주변에 여러개의 다른 원자나 이온, 분자 등이 입체적으로 배위하고 있어 하나의 원자 집단이 된 물질이다. 착이온의 중심 금속 이온과 결합한 음이온이나 분자는 비공유 전자쌍을 가지며 전이 원소 사이의 결합은 배위결합이다. 착이온은 배위의 수와 리간드의 종류에 따라 직선형, 정사면체형, 평면 사각형, 정팔면체 등의 구조를 가진다. 착이온에 중심 금속의 전하량은 그 이온이 나타내는 전하량과 배위자가 나태내는 전하량을 뺀 것이다.1-1) 착이온 생성반응①FeSCN ^{2+}Fe(NO _{3} ) _{3} 용액과KSCN 용액을 섞으면 붉은색의FeSCN ^{2+} 착이온을 생성한다.Fe ^{3+} `+`SCN ^{-} `` LRARROW ```FeSCN ^{2+`} (붉은색`착이온)② 평형상수K _{c} 착이온 농도 X를 알면 평형 상수를 구할 수 있다.``````````````K _{c} `=` {[FeSCN ^{2+} ]} over {[Fe ^{3+} ][SCN ^{-} ]} =` {X} over {(a-X)(b-X)}#`#(a=`Fe ^{3+} 의`초기농도,`b`=`SCN ^{-} 의`초기농도)2) 평형화학에서 평형은 가역반응에서 반응물과 생성물의 농도가 시간에 따라 변하지 않는 상태를 말한다. 화학평형 상태에서는 반응물과 생성물질이 공존하며 반응물이 생성물로 변하는 정반응과 생성물이 반응물로 반응이 완결된 것처럼 보이는 경우도 있다. 화학평형에 영향을 주는 외부 요인은 농도, 압력, 부피, 온도이다. 화학평형 상태에서 외부 요인이 달라지면 반응계는 평형 상태에서 벗어나기 때문에 평형상태로 돌아오려고 하며 시간에 걸쳐 평형상태에 이른다. 어떤 반응의 평형 상태가 외부 작용에 의해 변하면 그 외부 작용의 효과를 줄이는 방향으로 평형이 이동하여 새로운 평형상태에 도달한다는 것이다. 이를 르샤틀리에의 원리라고 한다. 또한 촉매를 사용하여 화학반응을 빨리 일어나도록 유도할 수 있다.3) 화학평형 상수화학평형은 서로 다른 화학 물질들의 농도의 균형이다. 또한 이들 사이의 화학 반응 속도의 균형에 의해서 결정된다. 일정한 온도에서 화학 반응이 평형상태에 있을 때 생성물의 농도 곱과 반응물의 농도 곱의 비는 항상 일정하다. 이를 질량 작용 법칙이라고 한다. A와 B가 반응하여 C와 D가 생성되는 반응이 평형 상태에 있을 때 질량 작용의 법칙은 평형 식으로 나타낼 수 있다. K는 평형상수이며 평형상수는 온도가 일정하면 농도에 관계없이 일정한 값을 나타낸다. 평형상태에서 존재하는 화학종들의 농도를 측정하여 평형상수를 계산할 수 있다. 반응의 평형상수를 알면 반응이 진행되려는 경향, 어떤 농도가 평형조건을 나타내는지의 여부, 평형의 위치와 같은 특징을 알 수 있다. 반응이 진행되려는 경향은 평형상수의 크기로 알 수 있는데 K가 1보다 크면 정반응이 우세하게 일어나 평형에 도달하며 평형상태에서 생성물이 반응물보다 많다는 것을 의미한다. K가 1보다 작으면 역반응이 우세하게 일어나 평형이 도달하며 평형상태에서 반응물이 생성물보다 많다는 것을 의미한다. K가 매우 작으면 평형에서 그계는 대부분이 반응물로 되어있거 평형의 위치는 왼쪽으로 치우쳐지고 반응은 거의 진행되지 않는다. 평형 상수의크기와 평형에 도달하는 시간사이에 직접적인 관계가 없다 평형에 도달하는 시간은 반응속도에 의해 결정되며 반응 속도는 활성화 에너지에 의해 결정되고 K의 크기는 생성물과 반응물의 열역학적 계산할 수 있다. 일정한 온도에서 평형 상수는 일정한 값을 나타내므로 반응 초기 상태의 반응물과 생성물의 농도비를 알면 반응이 어느쪽으로 진행할지 예측할 수 있다. 반응물과 생성물의 현재 농도를 평형상수 식에 대입하여 얻은 값을 반응지수(Q)라고 한다. QK인 경우 평형 상태와 비교할 때 반응물의 농도가 생성물의 농도보가 상대적으로 작다는 것을 의미한다. 따라서 평형에 도달하기 위해 반응이 역반을 쪽으로 진행된다.4) 비색법비색법은 농도를 아는 표준 용액과 농도를 모르는 영액의 색을 비교하여 색이 같아지는 점을 구하여 물질의 농도를 알아내는 방법이다. 미지 시료 용액 및 표준 용액에 적당한 시약을 가하는 등으로 착색시켜 양자의 색깔의 농도와 색조를 투과광이나 반사광으로 비교하여 정량, 정성 분석한다. 비색법은 용액의 빛깔의 농도를 비교하는 방식과 색조를 비교하는 방식이 있다.① 용액의 빛깔의 농도를 비교하는 방식비색계를 사용하여 용액의 액층을 조절하여 표준 용액의 빛깔과 농도가 같아지는 점을 구하여 물질의 농도를 계산한다. 표준 물질로는 검출하려고하는 물질과 같은 것으로 농도를 이미 알고있는 용액을 사용한다, 하지만 화학 변화를 일으키기 쉽고 변색하기 쉬운 경우 색 유리나 착색 종이들 대용 표준 물질을 사용한다.② 용액의 색조를 비교하는 방식이 방식은 농도를 이미 알고 있는 표준 용액을 나란히 놓고 그중에서 시료와 가장 비슷한 것을 찾는 방식이다. 육안에 의하여 비교 분석하며 측정하려고 하는 빛의 양을 전기적 신호로 바꾸어 비교하는 광색 분석법이 있다. 이는 광전비색계에 의해 특정 파장의 빛의 흡수도를 측정하고 표준 용액의 흡수도와 비교함으로써 정량 분석을 하는 것이다.4-1) beer의 법칙beer의 법칙은 어떤 물질을 통과하는 빛의 흡광도는 물질의 농도에 비례한다는 법칙이다. 이 법칙은 beer는 이 법칙을 통해 어ㄸ?ㄴ 빛이 통과하는 경로에 시료가 존재하여 시료에 의해서 빛이 흡수되면 광량이 감소하는 원리를 설명하였다. beer의 법칙은 빛의 투과도와 흡psilon bc`##(b`=`빛이`통과하는`용액의`두께`cm`,` epsilon `=몰`흡광도`,`c`=`용액의`농도`M)5. 실험 기구 및 시약: 0.002MKSCN,Fe(NO _{3} ) _{3}, 증류수, 메스실린더, 스포이드, 시험관, 시험관대, 비커, 자, 흰 종이6. 실험 방법① 5개의 시험관에 번호를 붙여 시험관대에 나란히 꽂아두고 0.002MKSCN용액을 5ml씩 메스실린더로 측정하여 넣는다.② 0.2MFe(NO _{3} ) _{3}용액을 제조하고 1번 시험관에 5ml 넣는다. (이때SCN ^{-}는 전부FeSCN ^{2+}로 바뀐다고 가정하고 1번 시험관을 표준 용액으로 사용한다. 표준 용액의FeSCN ^{2+}의 농도는SCN ^{-}의 처음 농도와 같다.)③ 2번 시험관은 앞서 만든 0.2MFe(NO _{3} ) _{3}용액을 2.5배씩 희석시킨 0.08MFe(NO _{3} ) _{3} 용액 5ml를 넣어준다.④ 같은 방법으로 계속해서 2.5배씩 희석시킨 0.08MFe(NO _{3} ) _{3} 용액을 5ml씩 각각 시험관에 넣어준다.⑤ 몰농도는 1번부터 순서대로 0.2, 0.08, 0.032, 0.0128, 0.00512M이다.⑥ 1번 시험관의 높이를 측정한다. (초기높이)⑦ 1번과 2번 시험관을 준비하고 시험관을 위쪽에서 내려다 보았을 때 두 용액의 색깔이 같아질 때까지 스포이드를 이용하여 1번 시험관의 용액을 덜어낸다.⑧ 시험관의 높이를 측정한다.⑨ 1번과 3번 시험관을 준비하고 같은 방법으로 색깔이 같아질 때까지 1번 용액을 덜어내고 시험관의 높이를 측정한다.⑩ 1번과 4번 시험관을 준비하고 같은 방법으로 색깔이 같아질 때까지 1번 용액을 덜어내고 시험관의 높이를 측정한다.⑪ 1번과 5번 시험관을 준비하고 같은 방법으로 색깔이 같아질 때까지 1번 용액을 덜어내고 시험관의 높이를 측정한다.7. 실험 결과:1) 표 채우기시험관평형 용액의 초기 농도M색이 같아졌을 때의 높이 (cm)(a)Fe ^{3+}(b)SCN ^{-}10.10.0014관[FeSCN ^{2+}](X)[Fe ^{3+}](a-X)[SCN ^{-}](b-X)K10.0010.1-0.001= 0.0990020.000910.04-0.00091= 0.0390.001-0.00091= 0.00009258.730.000870.016-0.00087= 0.0150.001-0.00087= 0.00013442.340.000710.0064-0.00071= 0.0060.001-0.00071= 0.00029430.250.000440.00256-0.00044= 0.0020.001-0.00044= 0.00056370.6높이 _{1`} ` TIMES `농도 _{1} `=`높이 _{2} ` TIMES `농도 _{2}① X = 0.001②X` TIMES `4.5`=`0.001` TIMES `4.1```X`=`0.00091③X` TIMES `4.5`=`0.001` TIMES `3.9```X`=`0.00087④X` TIMES `4.5`=`0.001` TIMES `3.2````X`=`0.00071⑤X` TIMES `4.5`=`0.001` TIMES `2.0```X`=`0.00044``````````````K _{c} `=` {[FeSCN ^{2+} ]} over {[Fe ^{3+} ][SCN ^{-} ]} =` {X} over {(a-X)(b-X)}#`#(a=`Fe ^{3+} 의`초기농도,`b`=`SCN ^{-} 의`초기농도)①K _{c} `=` {[FeSCN ^{2+} ]} over {[Fe ^{3+} ][SCN ^{-} ]} =` {0.001} over {(0.1-0.001)(0.001-0.001)} `=`0②K _{c} `=` {[FeSCN ^{2+} ]} over {[Fe ^{3+} ][SCN ^{-} ]} =` {0.00091} over {(0.04-0.00091)(0.001-0.00091)} `=`258.7③K _{c} `=` {[FeSCN ^{2+} ]} over {[Fe ^{3+} ][SCN ^{-} ]} =` {0.00087} over {(0.016-00.2

자연과학| 2021.03.25| 8페이지| 1,000원| 조회(976)

일반화학실험, 화학평형 상수의 결정, 화학평형 상수의 결정 실험

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고체의 녹는점 평가A+최고예요

REPORT고체의 녹는 점1. 실험 날짜: 2020.04.17.2. 실험 제목: 고체의 녹는 점 실험3. 실험 목표:- 순수한 고체 시료의 녹는 점을 결정하고 혼합물의 녹는 점을 측정 함으로써 물질의 녹는 현상을 이해한다.- 녹는 점과 결정의 개념을 살펴보고 녹는 점의 변화를 통해서 순수한 물질과 혼합물을 구분할 수 있다.4. 실험 이론:1) 녹는 점(melting point)녹는 점이란 물질이 고체에서 액체로 상태 변화가 일어날 때의 온도를 말한다. 압력 1기압(1atm) 에서의 융해 온도를 그 물질의 녹는 점이라 한다. 순수한 물질은 녹는 점과 어는 점이 항상 같으며 각 물질마다 녹는 점이 모두 다르므로 그 물질만이 가지는 고유한 특성이 된다. 녹는 점은 일정 압력하에서 고체 상인 물체가 액체상과 평형을 유지할 때의 온도를 말하며 용융점, 또는 융해점이라고 한다. 순수한 물질은 일반적으로 0.5~1°C의 좁은 녹는 점 범위를 나타내지만 혼합물의 녹는 점은 보통 순수한 물질의 녹는 점보다 낮다.{dT} over {dP} `=` {T(V _{l} -V _{s} )} over {TRIANGLE H _{fus}} `#`(V _{l} =`액체의`몰부피,`V _{s} `=`고체의`몰부피,` TRIANGLE H _{fus} `=`몰`융해열`)외부 압력의 변화에 따른 녹는 점의 변화2) 고체의 녹는 점물체는 온도와 압력에 따라서 고체, 액체, 기체로 나눌 수 있다. 그중에서 형태와 부피를 유지할 수 있는 단단한 특징을 가지는 물체를 고체라고 한다. 고체는 구성 원자나 분자 사이의 결합이 매우 강하기 때문에 분자들이 자유 운동을 할 수 없다. 이러한 고체를 일정 온도 이상으로 가열하면 분자운동이 매우 활발해지고 분자 사이의 결합이 약해져서 액체 또는 기체로 상태가 변하게 된다. 가열 곡선은 고체에 열을 가하여 상태 변화가 일어날 때 온도를 가열 시간의 함수로 나타낸 그래프이다. 고체를 가열하면 온도가 올라가다가 열을 가해도 온도가 일정하게 유지되는 구간이 나타난다. 가열 나타나는 이유는 고체가 녹고 있는 동안 흡수한 열이 물질의 상태를 고체 상태에서 액체 상태로 변화시키는 데 사용하기 때문이다. 상태 변화가 일어나는 녹는 점 구간에서 고체는 고체와 액체 상태로 존재한다.고체의 가열 곡선3) 녹는 점과 어는 점의 차이녹는 점은 물질이 고체에서 액체로 상태 변화할 때의 온도를 말하고 어는 점은 액체를 냉각시켜 고체로 상태 변화가 일어나기 시작할 때의 온도를 말한다. 순수한 물질의 녹는 점과 어는 점은 항상 같은 온도를 나타내며 물질마다 다른 값을 가지는 물질의 특성이다. 또한 녹는 점과 어는 점에서는 물질의 고체 상태와 액체 상태가 함께 존재한다. 녹는 점과 어는 점의 차이는 먼저 녹는 점은 가열하여 고체에서 액체로 변하게 하는 것이고 반대로 어는 점은 냉각하여 액체에서 고체로 변하게 하는 것이다. 녹는 점은 외부 압력에 대한 영향이 비교적 적지만 고체가 액체보다 부피가 큰 경우 압력이 오르면 녹는 점이 감소하는 경우도 있다. 혼합물의 경우 물질의 녹는 점과 어는 점은 다를 수 있다. 녹는 점과 어는 점은 고체가 융해하는 것, 액체가 어는 것으로 녹는 점 내림과 어는 점 내림 현상은 다른 현상이다.4) 결정의 종류고체 상태에서 분자들은 자유롭게 이동할 수 없으며 일정한 배열을 하고 제자리에서 진동 운동만 한다. 고체는 외부 압력이나 온도에 따른 부피 변화가 거의 없고 모양이 일정하다. 고체는 구성 입자의 배열 상태에 따라 결정성 고체와 비결정성 고체로 나눌 수 있다. 결정성 고체는 분자들이 배열되는 방법이 제한되어 있으며 배열의 종류와 이들의 물리적 성질들은 분자의 종류와 이들 사이에 존재하는 인력의 성질에 의하여 결정한다. 결정은 분자 결정, 이온성 결정, 공유결합 결정, 금속 결정 네 가지로 나눌 수 있다.① 분자 결정분자 결정은 공유 결합으로 이루어진 분자들이 분자 간 인력에 의해 규칙적으로 배열된 결정이다. 분자 결정은 분자 간 인력에 의해 결정이 형성되고 분자나 원자들이 격자점을 차지하고 있어 다른 결정에 비해 상대적으로자 결정은 부드럽고 녹는 점이 낮은 편이고 승화성 물질이 존재한다. 또한 분자 결정은 전기 전도성이 없다. 분자 결정에는 얼음(H _{2} O), 드라이 아이스(CO _{2} ), 아이오딘(I _{2}), 나프탈렌(C _{10} H _{8}) 등이 있다.② 이온성 결정이온성 결정은 양이온과 음이온이 정전기적 인력인 이온 결합에 의해 규칙적으로 배열된 결정이다. 이온성 고체는 녹는 점이 높고 안정한 물질로 이온들이 격자점에 위치해 있고 주로 정전기적 힘으로 결합되어 있다. 강한 정전기적 힘 때문에 이온성 결정들은 높은 녹는 점과 단단한 성질을 가지고 있다. 하지만 이온 결정에 힘을 가하면 쉽게 쪼개지거나 부서진다. 이온 결정은 고체 상태에서는 이온들이 이동할 수 없으므로 전기 전도성이 없다. 그러나 이온 결정을 가열하여 용융 상태로 만들거나 물에 녹여 수용액 상태로 만들면 양이온과 음이온으로 나누어져 이온들이 자유롭게 이동할 수 있으므로 전기 전도성이 있다. 이온성 결정에는 염화 나트륨(NaCl), 염화 세슘(CsCl)등이 있다.③ 공유 결정공유 결정은 각 원자가 공유 결합에 의해 그물처럼 연결된 결정이다. 공유 결정은 원자들이 공유 결합으로 연결되어 있으며 방향성 때문에 최조밀한 구조를 이루기 어렵다. 원자들이 서로 강하게 연결되어 서로 얽힌 그물 구조를 이루기 때문에 매우 단단하고 녹는 점이 높다. 또한 공유 결합한 원자 사이에서 전자가 이동할 수 없으므로 전기 전도성이 없다. 공유 결정에는 탄소 원자로 이루어진 흑연(C), 다이아몬드(C), 석영(SiO _{2}) 등이 있다.④ 금속 결정금속 결정은 각 금속 원자들이 규칙적으로 배열된 결정이다. 금속 원자들은 전자를 잃고 양이온 되기 쉽다. 금속 결정에서는 금속 원자의 양이온들이 규칙적으로 배열되어 있고 각 금속 원자에서 떨어져 나온 전자가 금속 양이온 사이를 자유롭게 이동할 수 있다. 이 결정은 양이온의 격자와 금속 양이온 사이를 자유롭게 이동할 수 있는 자유전자가 전기적 인력에 의하여 결합하였다. 금속 며 자유전자가 쉽게 이동할 수 있기 때문에 열전도성과 전기 전도성이 있다. 힘을 가하면 판처럼 넓게 펼 수 있는 성질과 실처럼 가늘게 뽑을 수 있는 성질이 있다.4-1) 결정의 구조원자 이온 또는 분자가 모든 방향으로 규칙적이고 반복적으로 배열된 결정성 고체가 결정을 이루고 있는 상태를 결정 구조라고 한다. 결정에서 입자들의 배열을 보면 동일한 구조가 반복되는데 결정 구조에서 반복되는 가장 간단한 기본 단위를 단위세포 또는 단위 격자라고 한다.① 단순 입방격자단순 입방격자는 단위세포의 정육면체 각 꼭짓점마다 원자가 한 개씩 위치한 구조이다.② 체심 입방 격자체심 입방 격자는 단위세포의 정육면체 각 꼭짓점과 정육면체의 중심에 원자가 한 개씩 위치한 구조이다.③ 면심 입방 격자면심 입방 격자는 단위세포의 정육면체 각 꼭짓점에 원자가 한 개씩 있고 6개의 면의 각 중심에 원자가 한 개씩 위치한 구조이다.5) 상도온도와 압력에 따른 고체, 액체 및 기체 상의 상평형이 이루어지는 경계를 곡선으로 나타내는 그림을 상평형도라고 한다. 물질이 고체, 액체, 기체 들 1개의 상으로 존재하는 조건 이외에 2개의 상, 3개의 상이 공존하는 열역학적인 조건을 나타낼 수 있다. 상평형은 일정 온도 및 압력하에서 고체, 액체, 기체가 평형을 이루어 서로 공존하고 있는 상태를 말한다.6) 바이페닐바이페닐은 무색의 결정성 고체를 형성하는 유기 화합물이다. 바이페닐은 무색의 바늘 모양이며 물에는 녹지 않으나 뜨거운 에탄올이나 에테르, 벤젠 등의 유기 용매에는 잘 녹는다. 바이페닐은 독특한 냄새가 나며 화학식은C _{12} H _{10}이고 녹는 점은 70.5°C이다. 방향족 탄화수소의 하나로 아이오딘화 벤젠과 구리 가루를 가열시켜 처음으로 합성하였다. 바이페닐은 유화제, 광학적인 광택제, 작물 보호 제품, 플라스틱등 유기 화합물의 중간 물질로서 사용된다. 두 개의 페닐 고리가 연결된 분자구조를 가지고 있다.5. 실험 기구 및 시약: 광유(미네랄 오일), 바이페닐, 나프탈렌, 유리 막대, 온 전자저울, 삼발이, 고무줄, 시약지6. 실험 방법:① 깨끗한 시약지를 준비하고 나프탈렌 0.5g의 무게를 측정한다.② 시료를 준비한 시험관에 넣는다.③ 모세관을 대신할 작은 시험관을 고무줄을 이용하여 온도계에 부착한다.④ 작은 시험관의 밑바닥이 온도계의 구 중앙과 나란하게 위치하도록 한다.⑤ 적당량의 미네랄 오일을 삼각 플라스크에 채워준다.⑥ 중탕을 시키기 위한 장치들을 클램프를 이용하여 고정하고 플라스크의 입구를 막아준다.⑦ 알코올램프를 이용하여 가열을 시작하고 온도계가 플라스트 바닥에 닿지 않도록 주의한다.⑧ 일정한 시간 간격으로 온도를 측정하여 녹기 시작하는 온도와 고체가 완전히 녹았을 때의 온도를 기록한다.⑨ 고체 혼합물의 녹는 점 측정을 위해 바이페닐을 준비한다.⑩ 나프탈렌과 바이페닐의 혼합 비율은 임의로 정하여 실험한다. (이번 실험에서는 1:1로 측정 0.25g+0.25g)7. 실험 결과:1) 표(녹는 점 범위: 녹기 시작한 온도부터 완전히 녹을 때까지의 온도의 영역)실험적인 녹는 점(°C)나프탈렌 (0.5g)58°C ~ 78°C바이페닐 (0.5g)47°C ~ 71°C나프탈렌 + 바이페닐(0.25g + 0.25g)50°C ~ 61°C2) 이론적인 녹는 점과 오차율이론적인 녹는점(°C)오차율(%)나프탈렌 (0.5g)80.26°C2.816 ~ 27.73%바이페닐 (0.5g)70.5°C0.709 ~ 33.3%나프탈렌 + 바이페닐(0.25g + 0.25g)52°C ~ 56°C7.4 ~ 13%오차율 계산오차율`=` {LEFT | 이론값-실험값 RIGHT |} over {이론값} ` TIMES 100(%)1. 나프탈렌 오차율오차율`=` {LEFT | 80.26-58 RIGHT |} over {80.26} ` TIMES 100(%) = 27.73%오차율`=` {LEFT | 80.26-78 RIGHT |} over {80.26} ` TIMES 100(%) = 2.816%2. 바이페닐 오차율오차율`=` {LEFT | 70.5-47 RIGHT |} over {703%

자연과학| 2021.03.25| 8페이지| 1,000원| 조회(306)

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pH의 측정

REPORTpH의 측정1. 실험 날짜: 2020.05.292. 실험 제목: pH 측정 실험3. 실험 목표- pH의 원리를 이해하고 측정 방법을 익힌다.- 지시약(산성 표준액, 염기성 표준액)을 조제하여 pH를 측정할 수 있다.- pH 시험지 또는 pH 미터를 활용하여 pH를 측정할 수 있다.4. 실험 이론1) 물의 자동 이온화물은 산으로도 작용할 수 있고 염기로도 작용할 수 있는 양쪽성 물질이다. 물의 특징은 전기를 통하지 않지지만 순수한 물은 약간의 전기 전도도를 가진다. 일반적으로 물은 극히 일부만 자동 이온화 된다. 자동이온화란 원자나 분자의 일부가 자동적으로 전자를 방출하여 이온이 되는 현상을 말한다. 따라서 물의 농도는 거의 일정하다. 물의 자동 이온화는 물이 극소량으로 이온화하여H _{3} O ^{+}이온과OH ^{-}이온을 생성하는 것을 말한다.K _{W}는 자동 이온화 상수이며 온도에 따라 다른 값을 가진다. 물은 25°C에서[H _{3} O ^{+} ]`=`[OH ^{-} ]`=`1.0 TIMES 10 ^{-7} mol/L일 때 평형 상태이다.H _{2} O``+`H _{2} O````` LRARROW ```H _{3} O ^{+} `+`OH ^{-}물의 이온곱 상수K _{W} `=`[H _{3} O ^{+} ][OH ^{-} ]`=`(1.0` TIMES 10 ^{-7} )(1.0` TIMES 10 ^{-7`} )`=`1.0` TIMES `10 ^{-14} [mol/L] (25°C)1-2) 수소이온 농도① 강산의 수소이온 농도물의 자동화에 의해H _{3} O ^{+} 와`OH ^{-}로 이온화되므로H _{2} O``+`H _{2} O````` LRARROW ```H _{3} O ^{+} `+`OH ^{-} [H _{3} O ^{+}]의 농도는 HCl과 자동이온화의 합이다. 르샤틀리에의 평형 이동의 원리에 의해 HCl에서 생긴H _{3} O ^{+}가 존재할 때 물의 자동 이온화는 역반응이 일어나 자동이온화에서 생긴H _{3} O ^{+} 와`O띠는 물질이다. 주변에서 쉽게 볼 수 있는 산은 식초, 과일 탄산음료 등이 있다. 이러한 산의 특징은 신맛을 띠며 리트머스의 색을 청색에서 적색으로 변화시키는 특성을 갖는다. 또한 금속과 반응하여 수소를 생성하며 수용액 상태에서는 전류를 잘통한다. 산의 이론적인 정의는 아레니우스 산, 브뢴스테드 로우리 산, 루이스 산 3개로 나눌 수 있다. 아레니우스의 산고 브뢴스테드 로우리의 산은 수용액 상태에서 수소이온을 내놓는 물질로 정의하지만 브뢴스테드 로우리의 산 수용액뿐만 아니라 비수용액과 기체 상태로 존재하는 물질에서도 사용되므로 아레니우스의 산 정의보다 더 넓은 개념을 가진다. 루이스의 산은 비공유 전자쌍을 받는 물질을 산이라고 정의한다. 산-염기 반응에서NH _{3}의 경우H ^{+}는 비공유 전자쌍을 받게 되고NH _{3}는H ^{+}에게 비공유 전자쌍을 제공하므로H ^{+}은 산,NH _{3}은 염기라고 할 수 있다. 산은 용액속에서 완전히 또는 부분적으로 이온화하는가에 따라서 강산과 강염기로 구분할 수 있다. 강산은 용매에 녹아있는 모든 산 분자들이 수소이온인 양이온과 나머지 음이온들로 완전히 분리되는 산을 말한다. 약산은 일부 산만 해리하고 나머지는 분자의 형태로 남아있는 산을 말한다. 강산에는HC`l가 있고 약산에는CH _{3} COOH가 있다.② 염기염기는 물에 녹았을 때 염기성을 띠는 물질이다. 주변에서 쉽게 볼 수 있는 염기는 비누, 샴푸, 세제 등이 있다. 염기는 일반적으로 쓴맛을 띠며 리트머스의 색을 적색에서 청색으로 변화시킨다. 미끌미끌한 성질을 가지며 수용액 상태에서 전류를 잘 통한다는 성질이 있다. 염기의 이론적인 정의도 아레니우스의 염기와 브뢴스테드 로우리의 염기, 루이스 염기로 3가지로 나눌 수 있다. 아레니우스 염기는 수용액 상태에서 수산화 이온을 내놓는 물질로 정의한다. 브뢴스테드 로우리의 염기는 수소 이온을 제공받는 물질로 정의한다. 루이스의 염기는 비공유 전자쌍을 제공하는 물질을 염기라고 정의한다. 염기는 용액속에서 완전히 또{2} O의 성질에서 물은 산도 될 수 있기도 될 수 있는데 이러한 성질을 가진 물질을 양쪽성 물질이라고 한다.3) 수소 이온 지수(pH)용액에서 산성, 중성, 알칼리성과 같이 산성의 세기를 쉽게 나타내기 위해 수소이온 지수(pH)를 사용한다. pH란 수소 이온의 농도를 간단한 숫자로 나타낸 것이다. 이것은 넓은 수치 사이에서 변화하므로 mol/L단위 대신 pH를 나타낸다.[H ^{+} ]`=`10 ^{-n} `mol/L`일 때 지수 n은 pH를 의미한다. pH는 산 염기의 세기를 나타내는 척도로 수소이온 농도의 역수에 상용로그를 취한 값과 같다.[H ^{+} ]`=`10g`ion/L`물에서-log`10 ^{-7} `=`7이므로 pH는 7 중성이다.pH`=`log {1} over {[H ^{+} ]} `=`-log[H ^{+} ]pH와 pOH와의 관계 표를 보면 pH가 7이면 중성, pH가 7보다 크면 염기성, pH거 7보다 작으면 산성을 나타낸다. 즉 pH가 작을수록 산성을 띠고 pH가 클수록 염기성을 띤다. pH는 일반적으로 매우 작은 값이기 때문에 pH라는 지수를 도입하여 간단한 숫자고 용액의 산성도를 나타내거나 지시약과 같은 pH 시험지, 수소이온의 농도에 따른 전기 전도도의 차이를 이용하는 pH 미터기를 이용하여 구할 수 있다.4) 수산화 이온 지수(pOH)수산화 이온지수는 수용액 중의 [OH ^{-}]를 간단히 나타내기 위해서 사용한다. pOH란 수산화 이온의 농도를 간단한 숫자로 나타낸 것이다.[OH ^{-} ]`=`10 ^{-n} `mol/L`일 때 지수 n은 pOH를 의미한다. pOH는 염기의 세기를 나타내는 척도로 수산화 이온 농도의 역수에 상용로그를 취한 값과 같다. 수소이온 농도와 수산화 이온 농도의 관계에서 25°C 순수한 물의 pH는-log(1.0` TIMES 10 ^{-7} )로 7이고 pOH도-log(1.0` TIMES 10 ^{-7} )로 7이다. 따라서 25℃의 순수한 물에서[H _{3} O ^{+} ][OH ^{-} ]`=`1이의 변색 범위는 수소이온 농도지수에 따라 달라지는데 pH가 4.5 이하인 경우에는 붉은색을 pH가 8.3 이상에서는 푸른색을 나타낸다. 4.5~8.3 사이에서는 보라색을 띤다.② 페놀프탈레인페놀프탈레인 용액은 메틸오렌지, 리트머스 종이와 더불어 가장 많이 사용하는 지시약 중의 하나이다. 페놀프탈레인은 산성 용액에서는 무색이고 염기성 용액에서는 분홍색을 나타낸다. 페놀프탈레인의 변색 범위는 수소이온 농도지수가 0이하인 강산성에서는 오렌지색, pH 0~8.5사이에서는 무색, pH 9~13 사이에서는 분홍색이나 짙은 빨간색, pH 13이상에서는 무색을 띤다.③ 메틸오렌지메틸오렌지는 주황색의 고운 분말 형태를 가지며 자극적인 냄새를 지니고 있는 지시약이다. 메틸오렌지는 산성 용액에서는 오렌지색이고 염기성에서는 노란색을 나타낸다. 메틸오렌지의 변색 범위는 수소이온 농도 지수가 3.1 이하에서는 붉은색, pH 4,4 이상에서는 노란색. pH 3.1~4.4에서는 주황색을 띤다. 따라서 pH 3.1~4.4 범위에서 주로 사용한다.④ BTB 용액BTB 용액은 지시약으로 주로 중화 적정이나 광합성 반응을 확인할 때 사용한다. BTB 용액은 산 염기 지시약으로 산성에서는 노란색을 나타내며 중성에서는 녹색, 염기성에서는 청색을 나타낸다. BTB용액의 변색 범위는 pH 6.0 이하에서는 노란색, pH 7.6 이상에서는 푸른색을 띠고 pH 6.0~7.6에서는 녹색을 띤다.⑤ 트로페올린OO트로페올린 OO는 분석용 시약으로 산 염기 지시약, 흡착 지시약, 아연의 검출에서 사용되며 산성에서는 적색, 염기성에서는 황색을 띤다. 트로페올린 OO의 변색 범위는 pH 1.4이하에서는 적색을 나타내며 pH 2.6이상에서는 황색을 나타낸다.⑥ 알리자린옐로우 R알리자린옐로우 R은 지시약으로 산성에서는 노란색을 나타내며 염기성에서는 적색을 나타낸다. 알리자린 옐로우 R의 변색 범위는 pH 10.0이하에서는 노란색을 띠고 pH 12.0 이상에서는 적색을 띤다.⑦ 인디고카민인디고카민은 염기성을 나타내는 지 메스실린더, 비커, 1회용 스포이드, 시험관6. 실험 방법표준용액 생성 방법0.1`M```HC`l1. 또는0.1`M```NaOH 용액 5ml을 깨끗한 시험관에 취한다.2. 1)의 용액 0.5ml와 증류수 4.5ml를 혼합하여 0.01M 농도 조건의 시험관을 만든다.3. 위와 같은 방법으로 0.0001M, 0.00001M, 0.000001M농도로 희석한다.① 실험에 쓰일 지시약과 0.1M. 0.01M, 0.001M, 0.0001MHCl/NaOH` 5ml를 시험관에 넣어 준비한다.② 준비한 시험관에 지시약을 각각 1방울 정도 떨어뜨리고 색을 관찰한다.③ pH 미터기와 검체들을 준비하고 pH를 측정한다. (pH 미터기의 숫자는 뒤의 2자리를 소수점으로 읽어주면 된다.)7. 실험결과1) 실험에서의 지시약 색- 메틸 오렌지지시약 RSLANT 농도10 ^{-1}10 ^{-2}10 ^{-3}10 ^{-4}캡처 사진색깔붉은색붉은색붉은색주황색- 트레페올린O.O지시약 RSLANT 농도10 ^{-1}10 ^{-2}10 ^{-3}10 ^{-4}캡처 사진색깔자주색붉은색주황색노란색- 알리자린옐로우 R지시약 RSLANT 농도10 ^{-1}10 ^{-2}10 ^{-3}10 ^{-4}캡처 사진색깔붉은색붉은색붉은색노란색- 인디고카민지시약 RSLANT 농도10 ^{-1}10 ^{-2}10 ^{-3}10 ^{-4}캡처 사진색깔초록색파란색파란색파란색2) NaOH 용액의 농도를 통한 수소 이온 농도와 pH 계산NaOH이온 농도수소 이온 농도pH10 ^{-1}1.0` TIMES 10 ^{-13}1310 ^{-2}1.0` TIMES 10 ^{-12}1210 ^{-3}1.0` TIMES 10 ^{-11}1110 ^{-4}1.0` TIMES 10 ^{-10}10수소 이온 농도K _{W} `=`[H _{3} O ^{+} ][OH ^{-} ]`=`(1.0` TIMES 10 ^{-7} )(1.0` TIMES 10 ^{-7`} )`=`1.0` TIMES `10 ^{-14} [mol/L]①[H _{3} O ^{+

자연과학| 2021.03.25| 11페이지| 1,000원| 조회(356)

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