화학실험보고서 - 화학평형상수의 결정

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• 화학실험보고서 - 화학평형상수의 결정 25mL 눈금실린더에 0.2M Fe(NO3)3 용액 10mL를 채우고, 여기에 증류수를 가하여 전체 부피가 25mL가 되도록 한 후 이것을 100mL 비커에 옮겨 잘 섞은 다음, 이 용액 5.0mL를 취하여 2번 시험관에 넣고 흔들어 잘 섞는다. 3번 시험관부터는 위의 과정을 반복하는데 과정을 되풀이 할 때마다 눈금실린더와 비커를 깨끗이 씻는다. 6개의 시험관을 위의 과정 모두를 반복한 후, 1번과 2번 시험관 둘레에 각각 종이를 감고 테이프를 붙여 아래와 윗면이 뚫린 실린더 모양으로 만들어 바깥 빛을 차단한다. 종이를 감지 않고 관찰한 경우와 종이를 감아 빛을 차단한 경우에 눈으로 확인할 때 색이 같아지는 지점이 달라보였다. 흰 종이 위에 두 시험관을 나란히 세운 후, 위에서 내려다보면서 두 시험관에 든 용액의 색이 같아질 때까지 스포이드로 1번 시험관에 든 용액을 빈 시험관에 옮긴다. 그리고 난 후 시험관을 두른 종이를 벗겨내고 1번 시험관 용액의 높이(ℓ)를 자를 이용하여 측정한다. 같은 과정을 3~6번 시험관에 반복한다. 실험을 마친 후 색이 같아졌을 때 1번 시험관 용액의 높이를 이용해[FeSCN2+]의 농도를 구하고, 이를 이용해[Fe3+]와 [SCN-]의 평형농도를 구한다. 화학평형의 법칙을 이용해서 평형상수를 구해보았더니 시험관 1, 2, 3, 4, 5, 6에 대해 각각 0, 206, 49.66, 11.34, 9.04, 3.83으로 점점 작아졌다. 이는 앞으로 정반응으로 더 반응이 진행됨을 의미한다. 이번 실험에서 평형상수의 용도를 알 수 있었다. 평형상수는 평형에서의 계산치에서 반응의 방향을 예측하고 평형에 도달한 후 반응물과 생성물의 농도를 계산하는데 도움을 준다. 2. Introduction (이론 및 배경) ☐ 화학평형(Chemical Equilibrium) 가역반응에서 정반응의 속도와 역반응의 속도가 평형인 상태를 화학평형이라 한다. 생성물과 반응물이 일정한 비율로 존재하는 경우, 외부에서 관찰시, 반응이 정지된 것처럼 보인다. 이것을 화학반응이 평형에 도달하였다고 한다. 이러한 현상이 나타나는 이유는 반응물이 생성물로 전환되는 속도와 생성물이 반응물로 전환되는 속도가 같기 때문이다. 따라서 평형상태는 정지된 것이 아니고 정반응과 역반응이 계속 진행되는 상태지만 두 반응의 속도가 같은 상태이다. 반응계가 일단 평형상태에 도달하면 외부 조건이 변화하지 않는 한 2이상 변화하지 않는데, 외부 조건의 변화에 따른 평형의 이동은 르샤틀리에의 원리를 적용하여 예측할 수 있다. ‘평형상태에 있는 계에 압력을 가하면 평형을 이 압력을 감소시키는 방향으로 이동한다.’ ☐ 화학평형의 법칙 평형상태에서 반응 물질의 몰 농도의 곱과 생성물질의 몰 농도의 곱의 비는 일정하다. 평형이란, 상반되는 두 반응이 동적으로 균형을 이루는 상태임을 의미한다. 어떤 온도에서 일어나는 일반적인 반응을 아래와 같이 표현할 때 aA+bB ⇌ cC+dD 생성물의 농도를 반응물의 농도로 나눈 값은 상수가 된다. 여기서 상수 K를 이 반응의 평형상수라고 한다. 이 값은 주어진 온도에서 각 반응에 대한 고유의 값을 가지게 된다. 따라서 평형상태에서 존재하는 화학종들의 농도를 측정하면 평형상수를 계산할 수 있다. 본 실험에서는 다음 반응을 이용하여 평형상수를 구하는 방법을 배운다. Fee3+(aq)+SCN-(aq) ⇌ FeSCN2+(aq) Fe(NO3)3 (질산철Ⅲ) 용액과 KSCN 용액을 섞으면 붉은 색을 띤 착이온인 FeSCN2+이 생긴다. 두 개의 반응물과 착이온의 농도(x)를 알면 아래와 같이 이 반응의 평형상수를 계산할 수 있다. 여기서 a와 b는 각각 Fe3+ 및 SCN-의 처음 농도이다. K값을 계산하기 위해서는 평형상태에서 Fe3+, SCN- 그리고 FeSCN2+의 농도 값들을 각각 결정해야 한다. 이 때 FeSCN2+만이 유일하게 색을 나타낸다는 점을 이용하여 분자 분광학적인 방법(비색법)으로 농도를 구할 수 있다. 비색법 생성된 착이온의 농도는 착이온의 표준용액과 색을 비교하여 구할 수 있다. 색을 띤 FeSCN2+ 용액의 흡광도는 이 용액의 농도와 빛이 통과하는 용액 두께의 곱에 비례한다. 예컨대, 위에서 내려다보았을 때 깊이가 1cm인 2M 용액의 색깔은 깊이가 2cm인 1M 용액의 색깔과 같게 보인다. 따라서 농
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• 화학평형(평형상수 결정) ▷ 평형 상수 화학반응에서 반응계와 생성계와의 양적(量的) 관계를 나타내는 상수이다. aA + bB ⇄ cC + dD 이 반응이 평형 상태에 도달했을 때, 반응 속도 식에서 반응 차수와 계수가 같은 경우에는 정반응의 속도와 역반응의 속도는 같다. 따라서 다음의 식이 성립한다. 이때 생성 물질과 반응물질의 비를 나타내는 K를 "평형 상수"라고 한다. 가역 반응이 진행되면 궁극적으로 반응은 평형에 이르게 되며 이 반응이 평형에 도달하였을 때의 각 화학종들의 농도를 각각 [A], [B]. [C]. [D]로써 표
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• [화학공학기초실험] 5. 고체와 액체의 평형: 상평형 그림 1. 실험 1) 순수한 나프탈렌의 어는점 1.1. 실험장치와 같은 장치를 조립한다. 비커 덮개로 두꺼운 종이의 중간을 오려내어 시험관이 통할 수 있도록 하고 젓개는 줄을 구부려서 만든다. 1.2. 약 10g의 나프탈렌을 시험관에 넣고 물중탕에서 가열하여 나프탈렌을 다 녹인다. 나프탈렌이 녹아 있는 상태에서 온도계와 철사줄 젓개가 달린 고무 마개를 끼우고 온도계 높이를 나프탈렌 용액에 완전히 잠기게 조절한다. 1.3. 물중탕을 치우고 시험관의 물기를 재빨리 잘 닦은 후 대신 빈 비커를 실험장치와 같이
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• 실험목적 : 비색법을 이용해 FeSCN2+의 화학평형 상수를 결정할 수 있다. 실험이론 : <평형상수> 반응물을 섞어서 적당한 조건에서 생성물이 만들어지는 과정은 시간이 지나면 더 이상 반응이 진행되지 않는 평형 상태에 도달하게 된다. 평형상태에서는 정반응의 속도와 역반응의 속도가 같아서 겉보기에 반응이 진행되지 않는 것처럼 보인다. 화학반응이 이러한 평형에 도달했을 때 반응물과 생성물의 농도는 일정한 관계를 갖게 되는데 평형상태에서 반응물과 생성물의 상대적인 양의 비를 평형상수라고 한다. . . . 실험과정 : 1. 5개의 눈금실린더에 번호를 붙여서 새로 만든 0.002M KSCN 용액 5mL씩을 눈금실린더로 측정해서 넣는다. 2. ①번 시험관에 0.2M Fe(NO3)3 용액 5.0mL를 눈금실린더로 측정해서 넣고 잘 흔들어준다. 이 눈금실린더의 SCN-는 모두 FeSCN2+로 변환되었다고 생각하고 표준 용액으로 사용한다. 3. 0.2M Fe(NO3)3 10mL를 10mL 눈금실린더로 측정해서 50mL 눈금실린더에 넣고, 증류수를 가해서 전체 부피가 25mL가 되도록 한다. 용액을 비커에 옮겨서 잘 섞은 다음 5.0mL를 덜어서 ②번 눈금실린더에 넣고 잘 흔들어준다. 4. 3에서 만든 Fe(NO3)3 용액 10mL를 취해서 같은 방법으로 묽힌 다음 5.0mL를 덜어서 ③번 눈금실린더에 넣고 잘 흔들어준다. 5. 같은 방법으로 묽힌 Fe(NO3)3 용액을 ⑤번 눈금실린더까지 채운다. 용액을 묽힐 때마다 눈금실린더와 비커를 깨끗이 씻어야 한다. 6. ①번과 ②번 눈금실린더를 종이로 둘러싸고 느슨하게 테이프를 붙여서 눈금실린더 옆에서 빛이 들어오지 않도록 만든다. 종이 속의 시험관이 움직일 수 있어야 한다. 횐 종이 위에 두 눈금실린더를 나란히 세운 후에 깨끗하게 씻어서 말린 빈 눈금실린더 하나를 더 준비한다. . 7. ①번과 ②번 눈금실린더를 위쪽에서 내려다보았을 때 두 용액의 색깔이 같아질 때까지 스포이트를 이용해서 ①번 눈금실린더의 용액을 빈 눈금실린더에 한 방울씩 덜어낸다. 8. 눈금실린더를 둘러싼 종이를 벗겨내고, ①번과 ②번 눈금실린더에 들어있는 용액의 눈금을 측정한다. 9. ③, ④, ⑤번 눈금실린더에 들어있는 용액도 같은 방법으로 ①번 시험관에 들어있는 용액의 색깔과 비교해서 그 높이를 측정한다. 10. K= 식을 이용하여 평형상수를 구한다. 11. Lab Junior 프로그램과 흡광도 측정기계를 이용하여 흡광도를 측정하고 A = εbc 식에서 농도가 흡광도에 비례한다는 사실을 이용하여 각 시험
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• [화학실험] 르샤틀리에의 원리 실험 예비레포트 2. 이론 르 샤틀리에의 원리에서는 평형에 있는 어떤 계에 농도, 온도, 압력의 변화를 주면 반응 혼합물의 조성이 변화하여 원래의 조건으로 되돌아가려는 성질이 있다는 것을 말하고 있다. 1> 농도에 의한 평형이동 평형에 있는 계에서 한 물질의 농도를 증가시키면 르 샤틀리에의 원리에 의하여 평형은 첨가된 물질을 부분적으로 사용하여 이 물질의 농도를 감소시키는 방향으로 이동할 것이라고 예측할 수 있다. 어떠한 경우에도 해당자료는 한글2002나 워디안 자료로 한글97에서는 확인하실 수 없으십니다.