반응속도론 이론 및 실험 보고서

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목차

1. 관련이론
(1) 반응속도
(2) 반응속도에 영향을 주는 요인
① 온도
② 활성화 에너지
③ 촉매
④ 반응물의 농도
(3) 반응속도 상수와 온도와의 관계
(4) 식초산 메틸의 수소 이온 촉매하의 가수분해 반응

2. 실 험
(1) 준비시약
(2) 준비기구
(3) 실험방법

3. 실험 결과
- 비고 및 고찰 -

4. 결론 및 요약

5. 참고문헌

본문내용

l 삼각플라스크 3개, 시계, 5-ml 부피측정 피펫 3개,적정용 뷰렛, 플라스크 받침대 및 클램프, 자석교반기
(3) 실험방법
1N 염산 100ml를 플라스크에 넣고 선택된 온도로 조절된 항온조에 넣는다. 동시에 식초산 메틸 플라스크도 항온조 속에 넣는다. 온도평형에 도달할 때까지 기다린다.
② 5ml의 에스테르를 산속에 피펫으로 옮긴다. 혼합시간을 기록해 둔다.
③ 아래에 주어진 시간표에 따라반응 혼합물 시료 5ml 씩을 꺼내어 분석한다.
25C : 10분후에 첫 시료를 채취 후 2시간 동안 15분 마다 시료를 취한다.
35C : 5분후에 첫 시료를 채취 후 1시간 동안 10분마다 시료를 취한다.
45C : 5분 후에 첫 시료를 취하고 다음 1시간 동안 8분마다 시료를 취한다.
꺼낸 시료 5-ml는 약 75ml의 얼음물이 담긴 삼각 플라스크에 쏟는다. 시료 채취기간은 시료 피펫에서 시료가 반정도 흘러나갔을 때로 하여 기록한다. 시료를 얼음물 속에 부으면 반응 속도가 느려지기는 하지만 시료의 측정은 시료채취 후 되도록 빨리 실시해야 한다.
⑤ 원래의 반응 혼합물에 들어있는 식초산 메틸의 몰수를 구하려면 반응 혼합물을 만들때 사용한 피펫을 써서 5-ml의 에스테르를 무게다는 병에 넣고 무게를 잰다. 산과 에스테르 용액을 합한 전체 반응혼합물의 부피를 105ml라고 생각한다.
3. 실험 결과
(1) 각 온도에서의 반응속도상수 k
CH3COOCH3 + H2O CH3COOH + CH3OH
위의 반응은 1차 속도식 2.303 log c = -Kt + I 식을 따른다. 따라서 log c 와 t의 그래프를 그려서 그때의 기울기 -K를 이용하여 주어진 온도에서의 K값을 결정할 수 있다. 속도식에서 c는 남은 CH3COOH의 농도를 의미한다.
농도 c 의 계산
농도c={원래CH3COOCH3의몰수-생성CH3COOH몰수}÷(105mL)×(1000mL/L)
(참고) NV = N\'V\'를 이용하면 CH3COOH의 생성몰수(mol)
① 25℃ 일때의 반응 속도상수
시간 t
NaOH 적정량 (ml)
농도 (mol/l)
log c
10 분
27.65
0.5890
-0.2299
25 분
29.30
0.5848
-0.2330
40 분
31.10
0.5803
-0.2363
55 분
32.55
0.5767
-0.2391
70 분
33.80
0.5736
-0.2414
반응속도상수 k 구하기
직선의방정식 : y = (-1.43 × 10-4 )X - 0.2300
∴ 반응속도상수 K = -기울기 = 1.43 × 10-4
② 35℃ 일때의 반응 속도상수
시간 t
NaOH 적정량(ml)
농도 c (mol/l)
log c
5 분
27.50
0.5893
-0.2297
15 분
30.80
0.5811
-0.2357
25 분
31.45
0.5795
-0.2369
35 분
33.15
0.5752
-0.2402
45 분
35.80
0.5686
-0.2452
반응속도상수 k 구하기
직선의방정식 : y = (-2.78×10-4)X - 0.2302
∴ 반응속도상수 K = -기울기 = 2.78×10-4
③ 45℃ 일때의 반응 속도상수
시간 t
NaOH 적정량 (mL)
농도 c (mol/L)
log c
5 분
30.50
0.5818
-0.2352
13 분
32.15
0.5777
-0.2383
21 분
34.25
0.5724
-0.2423
29 분
36.35
0.5672
-0.2463
37 분
29.2
0.5645
-0.2483
반응속도상수 k 구하기
직선의 방정식 : y = (-3.15×10-4)X - 0.2353
∴ 반응속도상수 K = -기울기 = 3.15×10-4
(2) 활성화에너지 계산
log K 와 1/T (T:절대온도) 에대한 그래프를 그리고 이 때의 직선의 기울기를 이용하여 다음식에 대입하여 구할 수 있다.
25℃ = 298 K, 35℃ = 308K, 45℃ = 318K
절대온도(K)
1/T
반응속도상수 k
log k
298
0.00336
1.43 × 10-4
-3.8447
308
0.00325
2.78×10-4
-3.5560
318
0.00314
3.15×10-4
-3.5017
위의 그래프의 직선의 기울기와 아래의 식을 이용하여 활성화 에너지를 계산할 수 있다.
25℃와 45℃에서 활성화에너지 계산
log(3.15×10-4 / 1.43×10-4)
=(△E* / 2.303 × 8.314 J/molk){(318K - 298K) / (318K×298K)}
∴ △E* = 3.112 ×× 10-4 J/molk
- 비고 및 고찰 -
이 실험은 온도와 반응 속도와의 관계를 알아보기 위한 실험이므로 무엇보다도 실험 온도가 중요하다. 우리는 실험온도를 일정하게 유지하기 위해 항온조를 사용하였다. 하지만 항온조 온도가 1℃정도 왔다 갔다 했다. 따라서 이로 인한 오차는 어쩔 수 없었다. 또한 산의 온도를 일정하게 유지하기위해 항온조로 가열 하였는데 이때 마개를 재빨리 닫아 줘야한다. 왜냐하면 농도의 변화 또한 반응속도에 영향을 주기 때문이다. 다시 말해 가열에 의한 수분 증발은 시료의 농도 증가를 가져오고 이로 인해 반응속도에 영향을 미쳤을 것이란 이야기다. 하지만 시료채취 시 이를 간과 하고 오랫동안 마개를 열어 놓았다. 따라서 이로 인해 오차가 발생되었을 것이라 생각된다.
4. 결론 및 요약
이번 실험에서 우리는 식초산 메틸의 가수분해 반응을 이용하여 반응속도상수에 미치는 온도의 영향을 알아보았다. 일반적으로 온도가 10℃정도 오를 때 2~3배정도 속도가 증가한다. 우리는 실험설계에서 온도를 25℃, 35℃, 45℃ 로 온도차를 10℃로 하였다. 그리고 이를 실험적으로 확인 할 수 있었다. 시간과 log c (c=농도) 의 그래프를 이용하여 반응속도 상수K를 구할 수 있었다. 또 log k - 1/T 그래프와 ( K=속도상수,T=절대온도) Arrhenius 식을 이용하여 활성화에너지를 계산할 수 있었다.
5. 참고문헌
일반 화학 Atkins&Jones, 탐구당,1999
표준 일반화학실험 제 5 개정판 대한화학회, 천문각, 1999
물리 화학 실험, 권오천, 형설출판사
일반 화학, 자유 아카데미, 1987

키워드

반응속도론,   반응속도,   반응속도상수,   Arrhenius,   반응속도실험,   반응,   속도상수,   속도,   온도,   물질,   상수