[일반화학실험만점보고서]화학반응속도 실험보고서

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목차

1. 실험목적
2. 실험원리
3. 실험도구
4. 실험방법
5. 실험결과
6. 고찰

본문내용

발생하기 시작하면 기체의 부피가 급격히 증가하여 rubber septum이 부풀어 오를 수
있다. 이때는 손으로 약간 눌러준다.
4. 산소 기체가 발생하여 주사기의 눈금이 10 mL가 넘게 되면 주사기의 피스톤이 날아갈 수 있
으므로 시간 측정이 끝나면 바로 고무 호스를 분리한다.
측정결과
(results)
실험 온도 25.0°C
산소 발생에 걸린 시간(초)
산소의
부피 (mL)
실험1
실험2
실험3
KI 10.0 mL
KI 10.0 mL
KI 20.0 mL
3.0% H2O2
5.0 mL
3.0% H2O2
10.0 mL
3.0% H2O2 5.0 mL
증류수 15.0 mL
증류수 10.0 mL
증류수 5.0 mL
2.0
0 초
0 초
0 초
4.0
32.00 초
4.99 초
18.46 초
6.0
63.57 초
11.61 초
38.65 초
8.0
97.96 초
14.79 초
54.16 초
10.0
129.06 초
16.82 초
65.60 초
2. 반응속도
산소의
부피의 변화 구간 (mL)
반응 속도
실험1
실험2
실험3
mL/s 단위
(mL/s)
M/s 단위
(M/s)
mL/s 단위
(mL/s)
M/s 단위
(M/s)
mL/s 단위
(mL/s)
M/s 단위
(M/s)
2~4
2*2.0/32.00
=0.13
0.0053/32.00
=0.00017
2*2.0/4.99
=0.80
0.0053/4.99
=0.0011
2*2.0/18.46
=0.22
0.0053/18.46
=0.00029
4~6
2*2.0/31.57
=0.13
0.0053/31.57
=0.00017
2*2.0/6.62
=0.60
0.0053/6.62
=0.00080
2*2.0/20.19
=0.20
0.0053/20.19
=0.00026
6~8
2*2.0/34.39
=0.12
0.0053/34.39
=0.00015
2*2.0/3.18
=1.3
0.0053/3.18
=0.0017
2*2.0/15.51
=0.26
0.0053/15.51
=0.00034
8~10
2*2.0/31.10
=0.13
0.0053/31.10
=0.00017
2*2.0/2.03
=2.0
0.0053/2.03
=0.0026
2*2.0/11.33
=0.35
0.0053/11.33
=0.00047
산소의 몰수
nH2O = 1 atm*0.0020 L / 0.08206 Latmmol-1K-1*298K
nH2O = 8.2*10-5 mol
H2O2의 몰수
H2O2 : O2 = 2 : 1
x = 2*8.2*10-5 mol = 1.6*10-4 mol
H2O2의 몰농도
1.6*10-4 mol/ 0.0300 L= 0.0053 M
3. 초기 반응 속도법을 이용하여 구한 반응 차수와 반응 속도식
v1=0.13 mL/s
v2=0.80 mL/s
v3=0.22 mL/s
3-1. m(H2O2에 대한 반응 차수) :
m = 2.6
3-2. n(KI에 대한 반응 차수) :
n = 0.76
3-3. 반응 속도식(속도 상수=k, 반응속도=v) :
v= k[H2O2]2.6[KI]0.76
4. 초기 반응 속도법을 이용한 속도 상수 계산
4-1. 실험1 :
0.13 mL/s= k[5 mL]2.6[10 mL]0.76
k= 0.13 mL/s/[5 mL]2.6[10 mL]0.76
k= 3.4*10-4 /mL2.4s
4-2. 실험2 :
0.80 mL/s= k[10 mL]2.6[10 mL]0.76
k=0.80 mL/s/[10 mL]2.6[10 mL]0.76
k=3.4*10-4 /mL2.4s
4-3. 실험3 :
0.22 mL/s= k[5 mL]2.6[20 mL]0.76
k=0.00029 Ms-1/[5 mL]2.6[20 mL]0.76
k=3.4*10-7 /mL2.4s
4-4. 평균 속도 상수
(3.4*10-4 /mL2.4s + 3.4*10-4 /mL2.4s +3.4*10-4
/mL2.4s)/3=3.4*10-4 /mL2.4s
고찰
(consideration)
(1) H2O2의 분해 반응에서 KI를 넣어 주면 반응이 빨리 일어난다. KI가 어떻게 촉매 작용을 하는지 그 화학 반응 메커니즘을 조사해보라. 그리고 H2O2의 분해 반응에 사용되는 촉매로는 어떤 화합물이 사용되는지 조사해 보라.
H2O2의 분해 반응에서 KI를 넣어 주면 반응이 빨리 일어난다.
아래와 같이 KI가 용해되면 I-이온이 생성되어 정촉매 역할을 한다.
H2O2 + I-→ H2O + IO-
H2O2 + IO-→ H2O + O2 + I-
따라서 H2O2의 분해 반응이 빠르게 일어나게 된다.
H2O2의 분해 반응에 사용되는 촉매는 MnO2, catalase, NaBr 등이 있다.
(2) H2O2의 분해 반응은 비교적 큰 발열반응이다. 그럼에도 불구하고 상온에서는 반응이 매우 더디게 일어난다. 그 이유를 생각해 보라.
화학반응은 온도가 높을수록 분자의 운동 에너지가 커져 빠르게 일어난다. 이에 H2O2의 분해 반응이 일어나려면 반응물은 활성화 에너지를 극복할 수 있는 만큼 큰 에너지를 가져야 한다. 그러나 H2O2의 분해 반응은 비교적 큰 발열 반응임에도 불구하고 상온에서는 반응이 매우 더디게 일어난다.
H2O2의 분해 반응이 일어나려면 반응물은 활성화 에너지를 극복할 수 있는 만큼 큰 에너지를 가져야 하는데 상온에서는 활성화 에너지 이상의 운동 에너지를 갖지 않기 때문에 반응이 더디게 일어난다.
(3) 반응 용액의 전체 부피를 같게 하면 반응 차수를 구하는데 있어서 반응물의 부피를 반응물의 농도 대신 사용할 수 있다. 그 이유는?
화학반응에서 반응기 내의 부피가 일정하다고 가정하고 입력되는 양이나 출력되는 양 역시 부피를 알 수 있다고 하면 그 부피는 곧 농도가 된다. 이것이 몰농도의 개념인데 몰농도는 부피를 기준으로 한다. 즉 1M는 용액 1L 안에 1몰의 물질이 들어있다는 것인데 이 1M 용액 0.1L를 다른 비커에 담는다면 이 비커에 있는 0.1L는 마찬가지로 1M의 농도를 지닌다. 그렇기에 다른 순수한 용매에 희석시키지 않는 이상 양에 관계없이 그 용액은 농도가 일정하다. 그렇기에 반응 용액의 전체 부피를 같게 하면 반응 차수를 구하는 데 있어서 반응물의 부피를 반응물의 농도 대신 사용할 수 있다.
화학반응속도

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