실험제목: 화학 반응 속도*목적-화학 반응 속도는 농도, 온도 및 촉매의 영향을 받는다.농도 변화에 따른 반응 속도를 측정함으로써 반응속도상수와 반응속도차수를 구할 수 있다. 이실험에서는 소위 시계반응을 이용하여 2I- + S2O82-→I2 + 2SO42- 반응의 반응속도에 미치는 농도의 영향을 조사하고, 반응속도상수 및반응차수를 구하는 방법을 습득한다.*원리이 실험에서는 화학반응속도에 미치는 농도의 영향을 조사하는 것이 목적이다. 다음과 같은 요오드화 이온과 과산화이황산 이온과의 반응을 조사대상으로 하여보자.2I- +S2O82- → I2 +2SO42- (1)이반응은 실온에서 상당히 느리게 진행되는데, 그 반응속도는 다음 식으로 나타낼 수 있다.반응속도=k[I-]m[S2O82-]n (2)여기서 k는반응속도상수이며, m과 n은 반응속도차수로서 0,1,2,3.....과 같은 정수이다. 이온의 농도는 mol/L로 나타낸다. 반응속도는 (2)식에서 알 수 있듯이 반응물질의 농도에 따라서 많은 영향을 받는다. 이 밖에도 반응속도는 온도와 촉매의 영향을 받음을 잘 알고 있다. 그러나 이 실험에서는 농도의 영향만을 알아 보기로 하겠다.이 실험의 주 목적은 속도상수 k의 값과 반응차수 m과 n을 구하는 일이다. 여기서 반응속도를 측정하려는 방법은 소위 시계반응이라 불리는 반응인데 이것은 한 반응의 종말점을 자동적으로 알 수 있는 반응이다. 우리가 조사대상으로 하고 있는 반응(1)을 녹말 존재하에서 다음의 반응(3)과 동일 용기내에서 동시에 일어나도록 한다.I2 + 2S2O32- → 2I- +S4O62- (3)반응(3)은 반응(1)에 비해 훨씬 빨리 진행된다. 그러므로 반응(1)에서 생성된 I2 분자는 같은 반응용기에 들어 있던 S2O32- 이온과 재빨리 반응하여 없어지게 되어 S2O32-이온이 완전히 소모되지 않은 한 I2의 농도는 영이다.반응이 진행되어 S2O32-이온이 모두 소모되면 반응(1)만이 일어나므로 I2분자가 용액 속에 남게 되고, I2분자가 생성되는 순간 이것이 녹말과 반응하여 청색을 띠게 된어 일정량의 S2O32-이온이 모두 반응하여 없어지는데 필요한 시간을 알려주므로 시계와 같은 구실을 한다.만일 S2O32-의 양을 처음부터 S2O82-보다 당량 이상으로 월등히 많이 사용하면 (1)의 반응이 완결될 때까지 반응계에는 영원히 색변화가 없겠지만, 처음에 I- 및 S2O82-에 비하여 당량보다 훨씬 적은 양의 S2O32-을 가하고 반응을 시작하였다면 (1)의 반응이 완결되기 전에, 즉 (1)의 반응이 전해되는 도중에 S2O32-은 완전히 소모되고 그순간 I2와 녹말과의 반응에서 색변화가 일어난다.반응 (1)에서 1몰의 S2O82-에 의해서 1몰의 I2가 생기게 되는데, 이 1몰의 I2는 반응(3)에 따라 2몰의 S2O32-와 반응한다. 그러므로 반응이 시작되어 청색이 나타나는 되는 순간까지 소모된 S2O82-의 몰수는 처음에 가한 S2O32-의 몰수의 절반과 같을 것이다.따라서 일정량의 I- 및 S2O82-염의 무게를 정확히 재어 반응용기에 넣고, 여기에 역시 정확한 무게를 알고 있는 소량의 S2O32-염 및 녹말지시약을 가하여, 반응이 시작되는 순간부터 변색할 때까지의 시간을 측정하면 일정량의 반응 물질이 반응하는 데 소모되는 시간을 알 수 있으므로 반응속도를 구할 수 있다.반응속도는 단위시간에 감소하는 반응물질의 농도로써 주어지므로 여러 가지 농도를 써서 위와 같이 실험을 하면 반응속도를 구하는데 필요한 데이터를 얻을 수 있다.*기구 및 재료50ml 비이커 요오드화칼륨10ml 피펫 요오드50ml 메스 실린더 과산화이황산암모늄스포이드 티오황산나트륨온도계 녹말(solude starch)초시계*실험 방법반응비이커 A비이커 B110.0ml 0.2M KI10.0ml 0.1M (NH4)2S2O825.0ml 0.2M KI5.0ml 0.2M KCl10.0ml 0.1M (NH4)2S2O8310.0ml 0.2M KI5.0ml 0.1M (NH4)2S2O85.0ml 0.1M (NH4)2S2O8위 표는 3종류의 반응용액 성분이며, 각 용액에 대한 실험 방법은 거의 같으므로 반응 1에 대해서만 기술한다.1.비이커 A에 피펫으로 10.0ml의 0.200M KI용액을 정확히 취해서 넣고, 여기에 다시 5.0ml의 0.005M Na2S2O3용액을 피펫으로 정확히 재어 넣은 다음 3∼4방울의 녹말 용액을 가한다.2.비이커 B에 10.0ml의 0.100M (NH4)2S2O8 요액을 피펫으로 정확히 재어 넣는다.3.초를 읽을 수 있게 초시계를 준비한다.4.비이커 B 속의 용액을 손실 없이 조심스럽게 그리고 재빨리 비이커 A에 붓고, 시간 측정을 시작하면서 잘 흔들어 섞어준다. 보통 1분이내에 반응 용액은 청색을 띨 것이다. 그순간에 시간을 측정한다.5.이와 같은 실험을 위 표에있는 혼합물을 써서 실시하되, 각 실험 모두 5.0ml의 0.005M Na2S2O3용액과 몇 방울의 녹말지시약은 비이커 A에 넣고 실험한다.참고: KI, (NH4)2S2O8 및 Na2S2O3 용액의 부피는 피펫으로 재고, KCL과 (NH4)2SO4 용액의 부피는 메스실린더로 측정하여도 된다. 뒤의 두용액들은 반응화합물을 희석시킬때에 반응속도에 영향을 미치는 반응화합물의 이온세기를 일정하게 유지하기 위하여 물보다 이것을 쓰는 것이다.*실험 결과각 이온의 농도는 MV=M'V'를 이용해서 구한다.예)1반응 0.2M * 10ml = x * 1000ml x=0.002반응 속도 =k[I-]m[S2O82-]n우리는 절대속도보다는 상대속도에 관심이 있는 것이므로 편의상 모든 상대속도를 100/t와 같다고 간주한다.반응측정시간[I-][S2O82-]상대반응속도141.88초0.002mol/L0.001mol/L2.388289.46초0.001mol/L0.001mol/L1.118389.02초0.002mol/L0.0005mol/L1.123상대속도와 농도와의 관계를 지어 보면
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