[일반화학실험 A+ 1등 레포트] 실험 22. 화학평형 실험 결과보고서

소개글

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목차

실험 데이터 및 처리
실험 결과에 대한 고찰
다음의 질문에 답하시오.
참고문헌

본문내용

다. 미세한 온도 변화가 본 실험의 평형 상수 값을 도출해 내는 과정에 영향을 주었을 것으로 사료된다.
실험 과정에서 시약은 조심해서 다루어야 하며 몸에 닿지 않도록 해야 한다. 만약 몸에 묻었을 경우에는 바로 다량의 물로 씻어내어야 한다. 분광광도계는 조심하여 다루고 분광광도계를 테이블 밖으로 밀쳐서 떨어지지 않도록 주의해야 한다. 또한 분광광도계의 Sample Holder나 그 주변에 용액을 흘리지 않도록 조심해야 한다. 큐벳에서 빛이 투과하는 면에 지문이나 다른 이물질이 묻지 않도록 주의해야 한다. 이때 큐벳을 잡을 때는 큐벳의 위쪽 끝 부분만을 잡아야 한다.
실험이 끝난 후 남은 질산 용액은 싱크대에서 많은 양의 물과 함께 흘려 버려야 하며 다른 용액들은 싱크대에 버리지 말고 폐기물 비커에 모은다. 분광광도계의 Sample Holder에서 큐벳을 제거하고 분광광도계, USB 케이블, 전원케이블은 모두 정리하여 원래의 상자에 넣어 반납해야 한다. 더불어, 큐벳은 증류수로 깨끗이 세척하여 반납해야 한다.
이번 실험에서는 평형, 착이온, 평형상수, 정반응과 역반응, 비어 법칙 등의 이론이 주로 활용되었다. 화학 평형이란 정반응과 역반응이 같은 속도로 진행될 때의 상태를 말한다. 정반응이란 닫힌계에서 가역적인 반응이 일어날 때, 반응물질에서 생성물질 방향으로 가는 반응이다. 역반응이란 닫힌계에서 가역적인 반응이 일어날 때, 정반응과는 반대로 생성물질에서 반응물질의 방향으로 가는 반응이다. 화학 평형에서 일정 온도에서는 각각의 물질 농도가 일정하게 유지되면서 농도항 간의 특정한 비율이 생기게 되는데 이를 평형 상수라고 한다. 평형상수는 온도에만 영향을 받는 온도만의 함수이다. 반응물 혹은 생성물의 첨가와 제거, 계의 부피 변화나 압력 변화, 온도 변화는 평형에 영향을 준다. 그러나 평형상수에 영향을 주지는 않는다. 비례 상수 k는 몰흡광계수와 경로길이(흡수 층의 두께)를 곱한 값과 같으며 비례 상수 k는 몰흡광계수와 비례 관계이다. Beer 법칙은 어떠한 물질을 통과하는 빛의 흡광도는 물질의 농도에 비례한다는 법칙이다.
실험에 주로 사용된 기구는 가시광선 분광광도계, 피펫, 비커, 큐벳 등이 있으며, 주로 사용된 시약은 NaSCN, 이 있다. 주요 실험 기구의 사용법과 사용 시 유의사항 그리고 용액의 물리/화학적 특성과 사용 시 주의해야하는 사항에 대해 사전에 조사하고 익혀두어야 한다.
본 실험자는 이번 실험을 통해 착이온 표준 용액의 흡수 스펙트럼 그래프를 직접 그려 볼 수 있었다. 이를 통해 주어진 공식을 활용하여 착이온의 농도를 계산하고 비례 상수를 구할 수 있었으며 각 계산 과정에 대해 심도 있게 학습할 수 있었다. 또한, 평형상수에 영향을 요인과 평형상수는 반응물의 초기 농도와 무관하다는 점에 대해 탐구할 수 있었다. 더불어, 이온화 경향성이 높은 철의 경우 모두 반응했다고 가정하고 반응에 대해 연산할 수 있으며 실제로 가정이 성립한다는 점에 대해 명확하게 이해할 수 있었다.
본 실험에서는 평형상수 값을 구하는 과정에서 다소 오차가 발생하였다. 평형상수에 영향을 미치는 요인인 온도의 미세한 변화로 인해 오차가 발생했을 것으로 추측된다. 더불어, 각 용액의 몰농도와 평형상수를 계산하는 과정에서 반올림의 오차가 발생했을 것으로 사료된다. 반올림의 오차를 줄이기 위해 가능한 하나의 식을 작성하여 전부 계산한 다음에 유효숫자를 정리해 주어야 한다. 온도 변화에 주의하여 실험을 진행해야 하며 수칙과 주의사항에 근거하여 정밀한 실험기구를 통해 실험을 진행하고 반복 실험을 진행하여 평균값을 활용하면 오차가 적을 것으로 사료된다.
다음의 질문에 답하시오.
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1. 서로 다른 초기 농도를 가진 시료 용액들에 대한 평형상수 K의 값들은 일치하는가? 만약 차이가 있다면 어떠한 요인들이 영향을 미쳤을 것으로 생각되는가?
본 실험에서 측정한 평형 상수는 Part Ⅰ에서 3055이었다.
시료 1을 기준으로 도출해낸 평형 상수는 2475 이다.
시료 2를 기준으로 도출해낸 평형 상수는 496.7 이다.
시료 3을 기준으로 도출해낸 평형 상수는 341.5 이다.
시료 4를 기준으로 도출해낸 평형 상수는 304.7 이다.
이에 따라 본 실험에서 도출해낸 평형 상수는 서로 다른 값임을 확인할 수 있다. 일반적으로 평형상수는 초기 농도와 관련 없이 항상 같은 값을 갖는다. 평형상수가 영향을 받는 요인으로는 온도가 있다. 미세한 온도 변화가 본 실험의 평형 상수 값을 도출해 내는 과정에 영향을 주었을 것으로 사료된다.
2. Part I에서 FeSCN2+의 농도를 구할 때, 모든 SCN-은 FeSCN2+로 변환된 것으로 가정하였다. 이 가정이 성립할 수 있는 이유는 무엇인가?
철은 금속 원자가 산화되어 양이온이 되려는 경향인 금속의 반응성이 높다. 더불어, 이온화 경향이 높다.
Part Ⅰ에서 을 포함하고 있는 를 을 포함하는 보다 많이 첨가해 주었다. 이에 따라, 의 농도를 구할 때, 모든 은 으로 변환된 것으로 가정할 수 있으며 이 가정이 성립할 수 있는 것이다.
3. Part I에서 구한 비례상수 k는 몰흡광계수(molar absorption coefficient)와 어떤 관계가 있는가?
비어 법칙에 따라 이다.
Part Ⅰ에서 활용한 비례 상수 k와 흡광도에 관련된 식은 이다. 이에 따라 임을 알 수 있다.
두 식을 함께 정리하여 하나의 식으로 나타내면 , 이다.
이를 통해 비례 상수 k는 몰흡광계수와 경로길이(흡수 층의 두께)를 곱한 값과 같다. 즉, 비례 상수 k는 몰흡광계수와 비례 관계이다.
4. 평형상수에 영향을 미칠 수 있는 요인들에는 무엇이 있는가?
평형상수는 온도에만 영향을 받는 온도만의 함수이다.
반응물 혹은 생성물의 첨가와 제거, 계의 부피 변화나 압력 변화, 온도 변화는 평형에 영향을 준다. 그러나 평형상수에 영향을 주지는 않는다.
참고문헌
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일반화학, Steven S. Zumdahl, Cengage, 2018, 642쪽

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