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생활속의 산-염기 분석 실험 레포트 평가A+최고예요

제목 : 생활속의 산-염기 분석날짜 : 2008년 10월 29일목적 : 산과 염기의 중화반응을 이용해서 산이나 염기의 농도를 알아낸다이론 및 원리 :과일주스를 충분히 발효시키면 톡쏘는 신맛을 내는 식초가 만들어진다 아세트산이라는 “산”이 만들어지기 때문이다. 이와는 달리 수산화나트륨처럼 미끌거리는 느낌을 주는 “염기”라고 부르는 화합물도 있다. 이러한 산과 염기는 우리 주변에 다양하게 존재하고 일상생활에서 중요한 역할을 하고 있다.먼저 산이란, 수소원자들을 함유하는 몇몇 이성분 분자화합물은 물에서 해리하여 H?이온을 생성한다. 이것을 산(acid)이라 한다. 이런 화합물중 하나가 염화수소이다. 수용액에서 이것은 H?(aq)와 Cl?(aq)이온으로 존재한다. 염화수소의 수용액에서는 특별한 이름이 주어지는데 염산이라한다. 비슷한 경우가 HBr과 HI에도 작용된다.대부분의 산들은 수소원자 뿐만아니라 산소를 함유하고 있는데 이것을 산소산(oxoacids)이라한다. 일반화학실험에서 자주 사용하는 산은 질산, 황산등이 있다.이와반대로 염기는 수용액에서 미끈하고 쓴맛이 나며, 적색리트머스 시험지를 청색으로 변하게 하는 물질로 산과 반응하여 염을 형성하며, 어떠한 반응에서 염기촉매로 반응해 화학반응의 속도를 증가시킨다. 염기의 예로는 알칼리금속(나트륨, 칼륨) 등과 알칼리 토금속의 수산화물 및 암모니아 수용액 또는 암모니아의 유기유도체 등이 있다. 이러한 물질들은 수용액에서 수산화 이온들로 해리된다.아레니우스이론, 브륀스테드-로리 이론과 루이스이론에 의한 넓은 의미의 염기에는 순수한 화합물 또는 물 이외의 용매에 녹아있을때처럼 전형적으로 염기성을 띄는 물질이 포함된다.덴마크 출신의 브륀스테드와 영국출신의 로리에 의해 독립적으로 개발된 브륀스테드-로리 이론에 따르면 산은 양성자를 주는 물질이며 염기는 양성자를 받는 물질이다. 이를 간단히하면-산은 양성자 주개이다-염기는 양성자 받개이다-산-염기 반응에서, 양성자는 산에서 염기로 이동된다.브륀스테드-로리의 산 염기 반응은 [식1]과같이 나타낼수 있다.[식1] - 브륀스테드-로리 산염기 반응식HB와 HA는 각각 정반응과 역반응에서 산으로 작용하며, A?와B?는 염기로 작용한다는 것이다.산-염기의 이론은 1923년 루이스에 의해서 대단히 확대되었다. 그는 “양성자 예찬론에 대한 도전”이라고 하면서 산을 전자쌍 받게, 염기를 전자쌍 주게 라고 정의하였다. 루이스 이론에서는 양성자 뿐만 아닌 다른 화학종도 산이된다. 예를들어 염화알루미늄과 삼플루오르화붕산 양성자가 반응하는 모습과 똑같이 아민과 반응한다.염기는 루이스의 이론이나 브륀스테드-로리의 이론에 있어서 거의 같다. 이들의 산-염기 이론을 표로써 보면 [표1]와같다정의산염기아레니우스수용액에서 수소이온을 내는 물질수용액에서 수산화이온을 내는 물질브륀스테드-로리양성자를 잃는 물질양성자를 얻는 물질루이스비공유전자쌍을 받는 물질비공유전자쌍을 주는 물질[표1] - 이론에 따른 표산과 염기는 서로 대립적인 특성을 가지고 있고, 산과 염기가 함께 혼합되면 물과 염이 생성되는 “중화반응”이 일어난다. 양잿물이라 부르는 부식성이 강한 수산화나트륨 수용액에 역시 부식성이 강한 염산을 적당히 넣어주면 염화나트륨이 만들어져서 산과 염기의 부식성이 모두 없어져버린 소금물이 되는 것이 바로 그런 중화반응의 예이다. [식2]를 보면 알 수 있다.[식2] - 염산과 수산화나트륨의 반응식산과 염기의 중화반응은 매우 빠르고 화학량론적으로 일어나기 때문에 중화반응을 이용해서 수용액속에 녹아있는 산이나 염기의 농도를 정확하게 알아낼 수 있다. 그런 실험을 산-염기 적정이라고 부른다.염산이 들어있는 수용액에 수산화나트륨을 조금씩 넣어주면 용액의 pH가 변화한다. 즉, 수산화 나트륨을 넣기전에는 용액이 강한 산성을 나타내다가 용액에 들어있는 염산으 양과 정확하게 같은양의 수산화 나트륨을 넣어주면 pH가 7이되고, 수산화 나트륨을 더 넣어주면 용액이 강한 염기성을 나타내게 된다. 용액속의 염산을 완전히 중화시킬만큼의 수산화 나트륨을 넣어준 상태를 “당량점” 이라 하고 당량점에는 [식3]과같은 관계가 성립된다.[식3] - 당량점여기서와는 각각 산과염기의 노르말 농도이고,와는 산과염기용액의 부피이다.적정을 이용해서 산이나 염기의 농도를 알아내기 위해서는 농도를 정확하게 알고있는 염기나 산 용액이 필요하다. 정확한 농도를 미리 알고있는 용액을 표준용액이라고 한다.적정실험시 이론 및 계산적으로 구하는 당량점의 도달여부는 눈으로 확인할수 없다. 따라서 당량점에 도달했음을 확인하고 적정을 멈추기 위해서는 눈으로 확인할수 있는 방법을 이용해야 한다. 실제 실험을 통해서 실험자가 적정이 완료되었다고 판단하여 적정을 멈추는 지점을 종말점이라고 한다. 중화적정의 경우, 적정하는 물질을 조금씩 첨가해 나가다가 페놀프탈레인이나 BTB용액등의 지시약 색이 변하는 지점을 종말점이라고 판단할 수 있다.종말점과 당량점의 차이가 실험 오차이다. 그러므로 실험시에는 당량점과 종말점이 가능한한 가까운 적정실험의 방법을 선택해야한다.산염기의 부피를 이용해서 적정하고 중화점을 알아가는 직접적정과 달리 다른방법을 이용하기도 하는데 역적정이다. 이것은 간접적으로 적정을 행하는 방법이다. 예를들면 농도를 모르는 수산화칼륨10ml와 농도1mol의 염산20ml를 가하여 혼합액이 산성을 띄게한다. 이 혼합액속의 과잉의 산의 양을 측정하기 위하여 1mol의 수산화나트륨 용액을 중화될때까지 적정을 행한다. 이는 적정하려는 산이나 염기가 약산, 약염기일 경우 직접적정을 이용하면 당량점을 찾기가 어렵다. 그래서 역적정을 이용한다.우리가 적정을 하는 동안에는 pH의 변화를 알아야된다. pH란 용액의 산성도를 가늠하는 척도로써 수소이온농도의 역수에 상용로그를 취한값이다. 또는 수소이온농도의 상용로그값에 마이너스를 붙여 구할수도 있다.일반적으로 용액의 수소이온농도는 매우 작은 값이기 때문에 다루기가 불편하다. 따라서 pH라는 지수를 도입해 간단한 숫자로 용액의 산성도를 나타낸다. pH시험지나 pH meter를 이용해서 측정할수 있다.이번실험은 수용액의 pH에 따라서 색이 변하는 지시약을 사용한다. 지시약은 그 자체로도 산이나 약한 염기인 복잡한 유기화합물이다. 그러므로 너무 많이 사용하면 적정의 불확실도가 커지기 때문에 최소량을 사용해야한다. 그리고 지시약의 종류에 따라 색이 바뀌는 pH의 범위가 다르기 때문에 적정하는 산과 염기의 종류에 따라서 적당한 지시약을 선택해야 적정의 불확실도를 줄일 수 있다. [표2]는 여러 가지 지시약의 종류이다.지시약산성에서의 색깔변색범위pKind염기성에서의 색깔메틸오렌지빨강3.2~4.43.4노랑메틸레드빨강4.8~6.05.0노랑리트머스빨강5.0~8.06.5파랑티몰블루노랑8.0~9.68.9파랑페놀프탈레인무색8.2~10.09.4분홍[표2] - 지시약의 종류와 색깔우리의 실험에서는 지시약을 통한 산-염기 적정방법을 이용해서 식초와 베이킹파우더, 베이킹소다에 들어있는 산과 염기의 농도를 측정한다. 식초의 신맛을 내는 성분은 약한산인 아세트산이다. 이거싱 중화반응은 다음과같다.베이킹소다의 중화반응은 다음과같다.베이킹파우더나 베이킹 소다의 경우에는 물에 쉽게 녹지도 않고 중화반응이 신속하게 진행되지도 않는다. 이때에는 앞에서 말한 역적정을 이용해서 적정하는 방법이 유용하다.시약 및 기구 :250ml 삼각플라스크, 25ml 뷰렛, 스탠드와 뷰렛클램프, 저울, 가열기, 식초, 식용소다, 0.5M NaOH 표준용액, 0.5M HCl 표준용액, 페놀프탈레인 지시약실험 방법 :실험A. 식초분석1. 식초 5ml 2번, 10ml 2번 취해서 삼각플라스크에 넣고 무게를 잰다.2. 약 40ml의 증류수를 넣은다음에 페놀프탈레인 지시약 2~3방울 넣는다.3. 뷰렛에 수산화나트륨 표준용액 0.5M을 넣고 적정한다. 페놀프탈레인의 분홍색이 나타나기 시작하면 수산화나트륨을 조금씩 넣어주면서 잘 흔들어준다. 분홍색이 30초 이상 지속된 후 없어지면 수산화나트륨 한 방울을 더 넣어주고 종말점으로 여긴다.실험B. 베이킹파우더, 베이킹소다 분석1. Blank, 베이킹파우더2g, 베이킹소다1g을 정확하게 측정해서 삼각플라스크에 넣는다.2. 0.5M HCl 표준용액 40ml를 피펫으로 정확하게 넣고 가열기를 이용해서 천천히 가열한다.3. 완전리 녹은후에 용액을 실온으로 식히고 페놀프탈레인 2~3 방울 넣는다.4. 0.5M NaOH 표준용액으로 적정한다.실험 결과 :실험A. 식초분석5ml 1st5ml 2nd10ml 1st10ml 2nd식초의 무게5.03g5.04g10.49g10.48gNaOH 표준용액 농도0.5M0.5M0.5M0.5M소비된 NaOH의 부피10.9ml10.6ml21.3ml22ml소비된 NaOH의 몰수5.45mmol5.30mmol10.70mmol11.00mmol식초의 몰수5.45mmol5.30mmol10.70mmol11.00mmol아세트산의 질량0.327g0.318g0.642g0.660g식초의 순도6.16%5.88%6.12%6.29%blank베이킹파우더베이킹소다제산제의 무게0g2g1g넣어준 HCl의 농도0.5M0.5M0.5M넣어준 HCl의 부피40.0ml40.0ml40.0ml넣어준 HCl의 몰수20.0mmol20.0mmol20.0mmolNaOH 표준용액의 농도0.5M0.5M0.5M소비된NaOH의 부피46.5ml43.0ml27.0ml

자연과학| 2008.11.16| 6페이지| 1,000원| 조회(792)

산-염기, 실험, 산, 염기, 중화반응

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