화학반응속도-시계반응 실험보고서

소개글

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목차

1. 실험목적

2. 실험도구
1) 기구
1) 시약

3. 이론
1) 시계반응
2) 반응속도에 대한 농도의 영향
3) 반응속도식 / 반응속도상수 / 반응차수
4) 녹말 지시약
5) 활성화 에너지(Ea)
6) 시약 조사

4. 주의 및 참고사항

5. 실험방법

6. 자료 및 결과
1) 실험 결과

7. 결론

8. 참고문헌

본문내용

의 S2O8²가 반응하는데 필요한 시간을 알려 준다. 반응 속도는 색 변화가 일어날 때까지의 시간을 측정함으로써 구한다.
식 (4)에서 S2O8² 이온의 농도 변화 [S2O8²]는 각 반응에서 동일하므로 각 반응의 상대 속도는 시간 t에 반비례한다. 우리는 절대속도보다는 상대속도에 관심이 있는 것이므로 편의상 모든 상대속도를 100/ t 과 같다고 간주한다.
각 반응 혼합물에 대한 반응 물질의 농도와 상대속도를 계산하여 다음 표를 채워라.
반응
변색까지의 시간 t(초)
반응플라스크 속의 I
초기농도
S2O8²
상대적 반응속도
1
6.14
0.080M
0.040M
1.000
2
10.25
0.040M
0.040M
0.600
3
13.42
0.080M
0.020M
0.458
4
6.34
0.080M
0.010M
0.968
5
5.25
0.032M
0.040M
1.170
6
5.89
0.060M
0.030M
1.042
반응 1의 온도 18.8 ℃
먼저 각 실험에서의 [I]와 [S2O8²]를 구해보자.
실험 1
[I]= = 0.080M [S2O8²]= = 0.040M
실험 2
[I]== 0.040M [S2O8²]= = 0.040M
실험 3
[I]= = 0.080M [S2O8²]= = 0.020M
실험 4
[I]= = 0.080M [S2O8²]== 0.010M
실험 5
[I]= = 0.032M [S2O8²]= = 0.040M
실험 6
[I]== 0.060M [S2O8²]== 0.030M
각 실험별 온도변화
실험 1 17.2℃ 18.8℃
실험 2 17.5℃ 18.0℃
실험 3 17.6℃ 18.2℃
실험 4 17.2℃ 18.1℃
실험 5 17.2℃ 18.0℃
실험 6 17.3℃ 18.2℃
상대적 반응속도 = 각 실험의 반응속도 / 실험1의 반응속도
→ 각 실험의 반응속도를 한눈에 쉽게 비교하고, 나중에 반응상수와 반응 차수를 구할 때 계산을 좀더 편리하게 하도록 하기 위해서 구한 값이다.
이번 실험에서 이용하는 화학반응식은 다음과 같다.
→속도 결정 단계
→ 녹말지시약의 색깔변화를 통해 반응의 종결을 확인
이 반응의 속도 결정단계가 위와 같으므로 속도 식은 다음과 같다
반응 1에서 6까지 볼 때 각 반응혼합물의 I 및 S2O8² 이온의 농도가 다르므로 각 반응의 상대속도는 서로 다르다. 따라서 이 각 반응의 속도를 농도와 관계지어서 식 (4)를 다음과 같이 나타낼 수 있다.
상대속도=k‘[I] [S2O8²]ⁿ(5)
여기서 k'는 상대속도상수이다. 위 표의 데이터를 식 (5)에 적용하여 m, n, k'을 구해야 된다, 이 문제를 푸는 일은 생각보다 쉽다. I 및 S2O8² 이온의 농도는 한 반응에서 다른 반응으로 넘어갈 때 단조로이 변하고 있음에 착안하여라. 즉, 한 물질의 농도는 일정하게 유지된 채로 다른 것만이 간단한 배수로 되어 있다. 이것은 각 반응혼합물에 대한 데이터를 식 (5)에 넣어서 m과 n의 값을 계산할 수 있음을 의미한다.
반응 1 및 2의 데이터를 식 (5)에 대입하여라. 단, I 및 S2O8² 이온의 농도는 미지농도로 하여라.
상대속도 1 = 1.000 =k'( 0.080M ) ( 0.040M )ⁿ
상대속도 2 = 0.600 =k'( 0.040M ) ( 0.040M )ⁿ
실험 1,2의 비교
[I]가배가 되자 반응 속도가 0.600배가 되었다.
따라서 0.600 = ()ⁿ이다.
따라서 n=0.8333
쉬운 계산을 위해 n≒1로 합니다
실험 1,3의 비교
[S2O8²]가배가 되자 반응 속도가 0.458배가 되었다.
따라서 0.458=()
계산을 하면 m=1.0917 따라서 m≒1이다.
상대속도 I 이온의 반응 차수 m을 구하면
m= 1 (보통정수)
반응 1과 3에서 S2O8²의 반응차수 n을 구할 수 있다.
n= 1
m과 n의 값을 써서 식 (5)를 이용하여 반응 1에서 5까지의 상대속도상수 k'를 구하여라.
실험 1에서의 k
0.01000 = k×0.080×0.040 ∴k=3.13
실험 2에서의 k
0.00600 = k×0.040×0.040 ∴k=3.75
실험 3에서의 k
0.00458 = k×0.080×0.020 ∴k=2.86
실험 4에서의 k
0.00968 = k×0.080×0.010 ∴k=12.1
실험 5에서의 k
0.01170 = k×0.032×0.040 ∴k=9.14
반응1 2 3 4 5
k' 3.13 3.75 2.86 12.1 9.14
k'(평균) 6.196
7.결론
속도 결정 단계가 포함된 메커니즘으로 일어나는 화학 반응 중에서 반응이 시작되고 일정한 시간이 지난 후에 갑자기 용액의 색깔이 변하는 반응을 “시계 반응”이라고 한다.
시계 반응에서는 첫 번째 반응에서 생성된 화합물이 빠른 속도로 진행되는 두 번째 반응에 의하여 곧 없어져 버리게 된다. 그러나 반응이 충분히 진행되어 두 번째 반응에 필요한 반응 물질이 모두 없어진 후에는 첫 번째 반응의 생성물이 용액 속에 그대로 남게 되어서 용액 속에 함께 녹아있는 지시약의 색깔을 변화시키는 역할을 하게 된다. 이 색깔 변화로 반응이 종결되었음을 알 수 있다.
실험에서 실험 2와 실험 3을 보면 반응과는 전혀 상관이 없는 ) 와 을 반응물질에 넣어 주는데 그 이유는 반응물질 즉, 와 ()O의 농도 이외의 다른 조건(이온의 세기, 전하량 등)을 실험1과 똑같이 맞춰 주기 위함이다.
이번 실험에서는 첫 번째 반응이
으로 느리게 진행되는 반응이다.
두 번째 반응은
으로 빠르게 진행되어 첫 번째 반응에서 가 생기자마자 없애준다.
이제 가 다 소비되어 가 지시약인 녹말과 반응을 하면 색깔이 진한 청색으로 바뀌게 된다.
반응 속도 상수는 한 반응의 고유한 값으로 반응이 같다면 농도에 상관 없이 일정한 값을 가진다.
그러나 실험 이상으로 일정한 값이 나오지 않았다
8.참고문헌
표준일반화학 실험[제 5 판]
대한 화학회, 천문각 1999.
일반화학
일반화학교재연구회, 천문각
일반화학[제 7 판]
Brown LeMay Bursten, 녹문당
화학의 세계
화학교재편찬위원회, 지샘 1999.
일반화학[제 7 판]
Raymond Chang chemistry, 자유 아카데미

키워드

시계반응,   화학반응속도,   반응차수,   반응속도상수