[결과 보고서] 생활 속의 산 염기 분석 - 산 염기(식초, 아스피린, 제산제)의 순도와 농도 분석 - 산과 염기의 중화 반응을 이용해서 산이나 염기의 농도를 알아낸다

목차

<결과 보고서>
실험 제목 : 생활 속의 산 염기 분석
실험 목적
실험 기구 및 시약


<용액 제조하기>
① 식초 분석
② 아스피린 분석
③ 제산제 분석

실험 결과
실험 ① 식초 분석
실험 ② 아스피린 분석
실험 ③ 제산제 분석


토의
1. 적정에서의 가능한 불확실도의 요인을 생각해 보아라.
2. 0.5000M HCl 25mL를 0.5000M NaOH로 적정하는 경우에 용액에 남아 있는 수소 이온의 농도를 직접 계산해서 적정 곡선을 그려 보아라.
3. 0.5000M 아세트산 25mL를 0.5000M NaOH로 적정하는 경우에 당량점에서 용액의 pH를 계산해 보아라. (SKOOG, 분석화학 제8판, 중화적정 부분 참고)


감상

본문내용

아세트산나트륨(CH3COONa)이 생성되고 남
은 아세트산과 완충용액을 이룬다.
아세트산의 농도 =
아세트산나트륨 농도 =
위 농도를 해리상수식에 대입하면,
Ka = [H+](5/35)/(7.5/35) =
[H+] = M
pH = -log[H+] = 4.58
▷ NaOH 15.00mL 첨가 후 pH
NaOH이 아세트산(CH3COOH)과 반응하여 아세트산나트륨(CH3COONa)이 생성되고 남
은 아세트산과 완충용액을 이룬다.
아세트산의 농도 =
아세트산나트륨 농도 =
위 농도를 해리상수식에 대입하면,
Ka = [H+](7.5/40)/(5/40) =
[H+] = M
pH = -log[H+] = 4.93
▷ NaOH 20.00mL 첨가 후 pH
NaOH이 아세트산(CH3COOH)과 반응하여 아세트산나트륨(CH3COONa)이 생성되고 남
은 아세트산과 완충용액을 이룬다.
아세트산의 농도 =
아세트산나트륨 농도 =
위 농도를 해리상수식에 대입하면,
Ka = [H+](10/45)/(2.5/45) =
[H+] = M
pH = -log[H+] = 5.36
▷ NaOH 25.00mL 첨가 후 pH (당량점)
모든 아세트산(CH3COOH)이 아세트산나트륨(CH3COONa)으로 변한다.
NaOH + CH3COOH ---> CH3COONa(CH3COO- + Na+) + H2O
아세트산의 농도 =
아세트산이온은 아세트산의 짝염기이고 이때의 용액은 물에 아세트산의 짝염기를 녹여
서 만든 것과 같다. 아세트산이온은 물과 반응해서 OH-를 생성한다. [OH-]를 이용해서
pH를 구한다.
CH3COO- + H2O CH3COOH + OH-
CH3COOH와 OH-는 같은양으로 생성되므로 [CH3COOH] = [OH-]
CH3COO-의 Kb = [CH3COOH][OH-]/[CH3COO-] = [OH-]2/[CH3COO-]
CH3COO-는 약염기로 처음 농도에서 거의 변하지 않는다.
아세트산이온 농도 = = 0.25M - [OH-] ≒ 0.25M
Kw = Ka =
Kb에 대입하면,
Kb = [OH-]2/0.25 = Kw/Ka = =
[OH-] =
pOH = -log() = 4.92
pH = 14.00 - pOH = 14.00 - 4.92 = 9.08
▶ 약산, 강염기 적정에서는 당량점에서 염기성이다.
▷ 염기를 27mL 첨가한 후의 pH
이때는 NaOH가 과량으로 존재하게 되고 NaOH는 강염기이므로 약염기인 아세트산이온
의 pH기여도는 작다.
[OH-] ≒ NaOH의 농도 =
= 0.0192 M
pOH = -log0.0192 = 1.72
pH = 14.00 - 1.72 = 12.28
▷ 염기를 30mL 첨가한 후의 pH
이때는 NaOH가 과량으로 존재하게 되고 NaOH는 강염기이므로 약염기인 아세트산이온
의 pH기여도는 작다.
[OH-] ≒ NaOH의 농도 =
= 0.0455 M
pOH = -log0.0455 = 1.34
pH = 14.00 - 1.34 = 12.66
이번 실험에서는 산과 염기의 반응을 통해서 모르는 산과 염기의 농도를 알 수 있었고 실생활에 쓰이는 식초, 아스피린, 제산제의 순도를 알 수 있었다. 식초의 순도는 7.92%, 아스피린의 순도는 30.4%, 제산제의 순도는 54%로 나왔다. 실험할 때 제품의 순도를 보지 못해서 비교를 할 수가 없다. 하지만 가장 일반적인 식초 제품을 조사해본 결과 순도가 6～7 %로 실험값과 차이가 나는 것을 알 수 있었다. ①～③까지 실험에서 모두 실제 순도와 차이가 날 것이다. 실험에는 여러 가지 오차가 발생할 수 있기 때문이다. 무게나 부피를 측정할 때 기기 자체의 불확실도도 있고 측정자의 잘못도 있을 수 있다. 적정이 끝나는 종말점을 정할 때 p.p의 분홍색이 나타나기 시작하고 색이 30초 이상 지속된 후 없어지면 NaOH 용액을 한 방울 더 넣어주고 이 때를 종말점이라 정한다. 이 종말점은 실험결과가 정확하기 위해서는 당량점(산과 염기가 완전히 중화반응하는 점)과 같아야 한다. 하지만 지시약 변화를 관찰하면서 알아내는 것만으로는 실제로 정확히 중화반응을 했는 지 알기 어려움으로 적정에 들어간 용액의 양이 이론적 양과는 다르기 때문에 오차가 났을 것이다. ③실험에서는 다른 실험보다 오차가 많이 났을 것으로 예상된다. 역적정이었기 때문에 해당하는 또 다른 오차 원인으로는 실제, 이론 반응에서의 차이를 들 수 있다. 이론 반응식에 나오는 데로 몰수비가 정확히 실험에서 지켜지기는 어렵다. 실험①에서의 산(아세트산)의 농도는 1.3(M)이었다. 실험② 산(아스피린)의 농도는 0.045(M), 실험③에서의 농도는 염기(제산제)의 농도로 0.25(M)로 나왔다. 이 농도도 불확실도를 포함한다. 부피, 무게 측정에서의 오차가 있을 수 있고 특히 아스피린과 제산제는 용매에 제대로 녹지 않아서 정확한 실험값을 얻을 수 없었다. 따라서 모르는 산, 염기의 부피도 정확하지 않게 된다. 용매에 완전 녹았을 때 부피를 대입해서 풀었기 때문이다. 이 농도의 계산에 앞에서 말한 오차의 원인을 일으키는 요인들이 들어가기 때문에 같은 오차 원인이 발생했을 수 있다. 그리고 온도에 의해 결과가 틀려졌을 수 있다. 온도에 따라 이온화 되는 정도라던지 반응성이 틀려지기 때문에 교반기에 올려놓고 녹인 후 식은 뒤 적정을 하는 데서 오차가 발생했을 가능성이 있다.
감상
이번 실험에서는 생활 속에서 찾아볼 수 있는 산과 염기를 통해서 화학이 우리 생활에 밀접해 있다는 것을 새삼 깨달을 수 있었다. 이 실험도 역시 오차가 나왔지만 실험을 하면 할수록 오차가 줄어드는 느낌이다. 이런 실험을 열심히 신중하게 하면서 실력을 쌓아야 나중에 중요한 실험을 할 때 실수를 하지 않을 것 같다. 그런데 화학 실험을 할수록 점점 어려워지는 것 같은 기분이 든다. 실험 자체는 그렇지 않아도 보고서 쓸 때 이론적으로 풀어나가야 할 것이 많아져서 그런 것 같다. 이번 실험 보고서를 쓰면서 고등학교때 보던 책을 다시 뒤져서 보며 머리를 쓰고 하는 데 얼마나 골치를 먹었는 지 모른다. 하지만 적고 보니 내 스스로에게도 뿌듯하고 전공 공부에도 도움이 많이 된 것 같다.

키워드

결과 보고서,   산 염기(식초, 아스피린, 제산제)의 순도와 농도 분석,   산,   염기,   중화 반응,   농도