[일반화학실험] 평형상수의 결정

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[일반화학실험] 평형상수의 결정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. Title
2. Date
3. Object
4. Apparatus & Reagents
5. Theory
6. Procedure
7. Data &　Result
8. Discussion
9. Reference

본문내용

[Fe3+]
[SCN-]
1
0.050
0.0005
86
2
0.0250
63/83
3
0.0125
55/81
4
0.00625
33/84
5
0.003125
24/81
※Result
시험관 번호
[FeSCN2+]
[X]
[Fe3+]
[a-X]
[SCN-]
[b-X]
K
K=[X]/[a-X][b-X]
1
0.0005
-
-
-
2
0.00038
0.0246
0.00012
128.7
3
0.00034
0.0122
0.00016
174.2
4
0.00020
0.0061
0.00030
109.3
5
0.00015
0.0030
0.00035
142.9
2번 시험관 0.0005M X 63 = xM X 83
x = 0.0005M X 63 / 83 = 0.00038 M
3번 시험관 0.0005M X 55 = xM X 81
x = 0.0005M X 55 / 81 = 0.00034 M
4번 시험관 0.0005M X 33 = xM X 84
x = 0.0005M X 33 / 84 = 0.00020
5번 시험관 0.002M X 24 = xM X 81
x = 0.0005M X 24 / 81 = 0.00015
8. Discussion
이번 실험의 목적은 색깔을 비교하는 방법으로 착이온의 농도를 알아내어 착이온 생성반응의 평형상수를 결정해보는 것이다. 반응물을 섞어서 적당한 조건을 만들어주면 생성물이 만들어지기 시작하고, 이런 반응은 시간이 지나면 더 이상 반응이 진행되지 않는 평형(equilibrium)에 도달하게 된다. 화학반응이 평형에 도달했을 때, 반응물과 생성물의 농도는 일정한 관계를 갖게 된다. 평형에서 반응물과 생성물의 상대적인 양의 비는 평형상수(equilibrium constant)로 나타낼 수 있다. 평형상수는 온도에 따라 다른 값을 갖지만, 처음에 넣어준 반응물의 양에 따라서 달라지지는 않는다. 질산철(III) 용액과 싸이오사이안산칼륨(KSCN) 용액을 섞으면 짙은 붉은 색의 착이온인 FeSCN2+가 만들어진다.
Fe3+(aq) + SCN-(aq) → FeSCN2+(aq)
착이온의 농도(X)를 측정하면 이 반응의 평형상수를 계산할 수 있다.
(a와 b는 각각 Fe3+와 SCN-의 초기 농도)
그 전에 생성된 착이온의 농도를 구해야 한다. 생성된 착이온의 농도는 착이온의 표준용액과 색을 비교하여 얻을 수 있는데, 이번 실험에서는 1번 시험관이 표준용액으로 사용 된다,. 이렇게 표준용액과 색을 비교하여 농도를 측정하는 것을 비색법이라 한다. 색을 띤 FeSCN2+ 용액의 흡광도는 이 용액의 농도와 빛이 통과하는 용액의 두께에 비례한다(Lambert-Beer's law : A=εBC ). 따라서 농도를 알고 있는 FeSCN2+ 용액의 색과 비교하여 그 세기가 같으면 다음 관계가 성립한다.
I (표준) × C (표준) = I (평형) × C (평형)
(I와 C는 각각 빛이 통과한 용액의 두께와 농도이다.)
따라서 , C (평형) = x = I (표준) × C (표준) / I (평형) 가 된다.
이러한 원리로 이번 실험의 평형상수를 구하면 된다.
먼저 5개의 시험관에 번호를 붙이고, 0.001M KSCN 용액 4mL를 각각 측정하여 넣는다. 1번 시험관에 0.1M Fe(NO3)3 용액 4mL를 눈금실린더로 측정해서 넣고 잘 흔들어 준다.
2번 시험관에는 0.1M Fe(NO3)3 용액 10mL를 눈금실린더로 측정해서 비커에 넣고, 전체 부피가 20mL가 되도록 증류수로 mess-up한다. 용액을 비이커에 옮겨서 잘 섞은 다음 4mL를 덜어서 넣고 잘 흔들어 준다. 3번 시험관에는 전에 만든 Fe(NO3)3 용액 10mL를 취해서 같은 방법으로 묽힌 다음 4mL 덜어서 넣고 잘 흔들어준다. 같은 방법으로 묽힌 Fe(NO3)3 용액을 5번 시험관까지 채우면 실험 준비가 완료된다. 이 때 Fe3+(aq) + SCN-(aq) → FeSCN2+(aq) 으로 반응이 진행되어 붉은색이 나와야하지만 몰농도가 좀 묽게 실험해서인지 실험에서 가장 농도가 짙은 시험관인 1번 시험관의 색이 붉은 빛이 조금 도는 노란색이었다. 종이로 1번과 2번 시험관을 둘러싸서 시험관 옆으로 빛이 들어오지 않도록 한한다. 종이로 감싸 색구별을 용이하게 하기 위해서 인 것 같다. 1번과 2번 시험관을 위쪽에서 내려다보았을 때 두 용액의 색깔이 같아질 때까지 스포이트를 이용해서 1번 시험관의 용액을 빈 시험관에 덜어낸다. 종이를 벗겨내어 1번과 2번 시험관에 있는 용액의 높이를 측정하면 된다. 1번과 3번, 1번과 4번, 1번과 5번 이런 순서로 측정하며 방법은 1번과 2번의 방법과 동일하게 실행하면 된다. 순서를 2, 3, 4, 5번 시험관 순서로 해야 되는 이유는 2번이 가장 색이 진하고 5번이 제일 약하기 때문에 1번 시험관의 용액을 덜어낼 때, 적은 양을 덜어내야 하는 순서대로 실험을 진행하는 것이다. 실험을 하여 높이를 측정해보니 2, 3, 4, 5번 시험관에 있는 용액의 높이가 1번 시험관 용액의 높이인 86mm가 아닌 각각 83, 81, 84, 81mm로 측정 되었는데 높이가 다르기 때문에 실험값의 평형상수는 이론의 평형상수에 비해 다른 값으로 계산될 것 같았다. 각각 나온 높이를 주어진 C2=C1×L1/L을 이용하여 계산하여 나온 각각의 [FeSCN2+] 값으로 평형상수를 구한 결과는 2번 128.7, 3번 174.2, 4번 109.3, 5번 142.9의 결과가 나왔다. 1번 시험관은 표준용액이기 때문에 비교대상이 없어 평형상수를 구할 수 없었다.
9. Reference
일반화학 / MASTERTONHURLEY / 자유아카데미 / 2002 / P 428 ~ 455
일반화학4th edition / John McMurry 외 1명 / 녹문당 / 2008 / P 495 ~ 530
Organic Chemistry / Marye Anne Fox, James K. Whitesell / Jones & Bartlett Publishers / 2004 / p.123 ~ 124
Peterson's Ap Chemistry / Barker, Brett / Petersons / 2005 / p. 324 ~328

키워드

평형상수 결정,   평형상수의 결정,   착물,   착이온,   화학평형