[일반화학실험만점보고서] 시계반응 실험보고서

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목차

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

본문내용

ular formula : (NH4)2SO4
Molar mass : 132.14 g/mol
Density : 1.77 g/cm3
Melting point : 235°C
Boiling Point : -
Caution :
흡입하면 유독함
실험 방법
(procedure)
(1) 실험에 사용되는 용액을 M 농도에 맞게 제조한다.
(2) 실험 A. 반응 속도식 구하기
① 100 mL 플라스크와 50 mL 플라스크에 아래 표의 반응 1에 있는 양의 용액을 피펫으로 옮긴다.
(100mL 플라스크와 50mL 플라스크에 아래 표의 반응 2, 반응 3에 있는 양만큼의 용액을 피펫을 옮겨 함께 준비해둔다.)
반응
100 mL 플라스크
50 mL 플라스크
녹말
지시약
0.005 M
Na2S2O3
0.20 M
KI
0.20 M
KCl
0.10 M
(NH4)2S2O8
0.10 M
(NH4)2SO4
1
두방울
5.0 mL
10.0 mL
10.0 mL
2
두방울
5.0 mL
5.0 mL
5.0 mL
10.0 mL
3
두방울
5.0 mL
10.0 mL
5.0 mL
5.0 mL
② 100 mL 플라스크에 온도계를 넣고, 초시계를 준비한다.
③ 50 mL 플라스크의 용액을 빠르게 100 mL 플라스크에 붓고 흔든 후 초시계를 작동시킨다.
④ 용액이 청색으로 바뀔 때까지 흔들면서 시간을 측정한다. 용액이 청색으로 바뀌었을 때의 온도와 시간을 기록한다.
⑤ 100 mL와 50 mL에 표에 있는 양대로, 준비해 두었던 반응 2, 반응 3 용액을 사용하여 반응 1과같이 실험을 반복하여 진행한다.
⑥ 실험 자료를 근거로 반응 차수, 속도 상수를 구하고 반응 속도식을 완성한다.
(3) 실험 B. 활성화 에너지 구하기
① 100 mL 플라스크와 50 mL 플라스크가 충분히 들어갈 수 있는 그릇에 물과 얼음을 넣어 얼음물을 만든다.
② 실험 A의 반응 1 용액을 준비하고, 두 플라스크를 얼음물에 담근 후 5분 정도 기다린다. (이때 플라스크가 넘어가지 않도록 주의한다.)
③ 100 mL 플라스크에 온도계를 넣고, 초시계를 준비한다.
④ 50 mL 플라스크 용액을 빠르게 100 mL 플라스크에 붓고 흔든 후 초시계를 작동시킨다.
⑤ 용액이 청색으로 바뀔 때까지 플라스크를 흔들며 시간을 측정한다. 청색으로 바뀌게되면 그때의 온도와 시간을 기록한다.
⑥ 실험 A에서 구한 반응 차수를 이용하여 속도 상수를 구한다.
⑦ 실험 A,B에서 구한 속도 상수로부터 반응의 활성화 에너지를 구한다.
실험 주의 사항
(NH4)2S2O8와 KI는 피부를 손상시킬 수 있으므로 주의해서 다룬다. 피부에 닿았을 경우에는 즉시 충분한 물로 씻어낸다
측정결과
(results)
A. 반응 속도식 구하기
반응
반응물의 부피 (mL)
0.005 M
Na2S2O3
0.20 M
KI
0.20 M
KCl
0.10 M
(NH4)2S2O8
0.10 M
(NH4)2SO4
1
5.0 mL
10.0 mL
-
10.0 mL
-
2
5.0 mL
5.0 mL
5.0 mL
10.0 mL
-
3
5.0 mL
10.0 mL
-
5.0 mL
5.0 mL
반응
반응시간 (sec)
온도(°C)
1
75.00 s
18.2°C
2
106.00 s
18.3°C
3
123.00 s
18.0°C
반응
초기농도
반응속도
(M/s)
[I-]
[S2O82-]
[S2O32-]
1
8.0*10-2 M
4.0*10-2 M
1*10-3 M
7*10-6 M/s
2
4.0*10-2 M
4.0*10-2 M
1*10-3 M
5*10-6 M/s
3
8.0*10-2 M
2.0*10-2 M
1*10-3 M
4*10-6 M/s
초기농도
- 반응1
[I-]농도 :
[S2O82-]농도 :
[S2O32-]농도 :
- 반응2
[I-]농도 :
[S2O82-]농도 :
[S2O32-]농도 :
- 반응3
[I-]농도 :
[S2O82-]농도 :
[S2O32-]농도 :
반응속도(M/s)
- 반응1 :
- 반응2 :
- 반응3 :
초기 반응 속도법을 이용하여 구한 반응 차수와 반응 속도식
- m(I-에 대한 반응 차수) :
- n(S2O82-에 대한 반응 차수) :
- 반응 속도식 (속도상수 =k)
반응속도= k[I-]0.5[S2O82-]0.8
반응
반응 속도
(M/s)
속도상수
평균 속도 상수
평균 실험 온도(°C)
1
7*10-6 M/s
3*10-4 /M0.3·s
3*10-4 /M0.3·s
18.2°C
2
5*10-6 M/s
3*10-4 /M0.3·s
3
4*10-6 M/s
3*10-4 /M0.3·s
속도상수
- 반응1 :
- 반응2 :
- 반응3 :
평균 속도 상수 :
(3*10-4 /M0.3·s+3*10-4 /M0.3·s+3*10-4 /M0.3·s)/3=3*10-4 /M0.3·s
평균 실험 온도(°C) : (18.2°C+18.3°C+18.0°C)/3=18.2°C
실험 B. 활성화 에너지 구하기
반응
반응 시간 (s)
온도(°C)
반응 속도
(M/s)
속도상수
1
139.00 s
7.9°C
4*10-6 M/s
2*10-4 /M0.3·s
반응속도 :
속도상수:
활성화 에너지 : 3*10 kJ/mol
고찰
(consideration)
(1) 식 17-1과 식 17-2의 반응이 있다고 하자. 반응 용기에 A, B, D를 넣고 반응시켰을 때 D의 초기 농도([D]0)가 A 또는 B의 초기 농도보다 크다면 A+B→C의 반응 속도를 구할 수 있겠는가?
구할 수 없다.
A와 B의 초기농도 중 한계반응물이 모두 반응하고 나면, A (or B)+D+E가 반응용기에 남게 된다. 한계반응물이 존재할 때와 존재하지 않을 때의 눈에 띠는 차이가 없다면 구할 수 없다.
(2) 실험에서 반응 2와 3의 경우, 반응과 직접적인 관련이 없는 KCl 또는 (NH4)2SO4를 넣어 주었다. 그 이유는 무엇인가?
① 총부피를 25 mL로 유지하기 위해서, 이온의 농도를 유지하기 위해서이다.
반응속도가이온의농도에의존하는것으로알려져있기 때문이다.
② KCl : 부촉매역할 (반응의 Ea를 증가시키는 역할)
(NH4)2SO4 : 부촉매역할 (SO42-(1단계생성물)를 더 넣어주어 1단계에서 르샤틀리에의 원리에 의해 반응속도가 줄어든다.)
시계반응

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