일반화학실험 - 질산포타슘의 용해도

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일반화학실험 - 질산포타슘의 용해도에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

다음과 같이 나타내어 지므로
ΔG = ΔH TΔSint
주위의 엔트로피가 낮아지는 경우 즉, 계의 엔트로피가 높아지는 경우
이므로 정반응이 자발적인 반응이 되는 것이다. 하지만 다음 과정으로부터 구한 식
ΔG = ΔH TΔS
이 항상 사용될 수 있는 것은 아니다. 이 경우에 온도를 일정하다고 가정한 식이므로 온도가 변화할 경우에는 보정을 거친 식을 이용하여야 한다.
표준깁스자유에너지
엔트로피와 엔탈피의 표준반응값과 같이 깁스 자유에너지도 표준반응값을
으로 구할 수 있다. 엔트로피에서
이다.
WV는 나중상태의 배열 수이고, 는 처음상태의 배열 수이다. 배열수는 부피에 비례하고, 압력에 반비례하는 관계이기 때문에
가 성립한다.
로 바꿔 쓸 수 있다. 여기서 처음 압력 P0 = 1 bar이다. 화학 반응식에 이를 대입하면
가 된다. 여기서 Q는 반응지수로 평형상수와 같은 형태를 띄며 기체의 경우 압력에 관한 식으로도 사용할 수 있다. 위의 식을 이용하여
ΔG = ΔH TΔS 식을
로 바꾸어 쓸 수 있다. 엔탈피는 온도에 영향을 받는 함수로 이 반응에서 온도변화가 없는 경우이므로
이고
즉
라는 식이 성립된다. 표준깁스자유에너지 값은 일정한 온도인 298K에서의 값이기 때문에 298K이 아닌 온도에서 반응을 진행하면 깁스 자유에너지 값이 변화된다. 이 때의 값을 위의 식을 이용하여 구할 수 있으며 두 값의 차이는 그리 크게 나지는 않는다.
4.Apparatus&Reagent:
▶기구
깔때기 100mL 비커 큰 시험관
거름종이, 가열기
5.Procedure:
1) 큰 시험관에 증류수 10mL를 넣고 KNO₃4g을 정확하게 재서 함께 넣은 후에 고체가 완전히 녹을 때까지 서서히 가열한다. 용액이 끓지 않도록 조심해야 한다.
2)온도계를 시험관에 넣고 조금씩 저어주면서 식힌다. 고체가 처음으로 나타나기 시작하는 온도를 기록한다.
3)KNO₃8g, 12g, 16g으로 같은 실험을 반복한다.
4)조교에서 질산구리(Cu(NO₃)₂)처럼 색깔이 있는 염으로 오염된 시료 10g을 받는다.
5)오염된 시료의 75%가 KNO₃라고 생각하고 75℃에서 시료를 완전히 녹이기 위해서 필요한 물의 양을 계산한다.
6)100mL 비커에 오염된 시료를 넣고, 5)에서 계산한 양만큼의 물을 넣은 후에 시계접시로 비커를 덮고 서서히 가열해서 시료를 늘인다.
7)흐르는 수돗물에 비커를 담가서 식힌 후에 침전을 거름종이로 거르고, 차가운 물 소량으로 침전을 씻는다. 씻을 때 사용하는 물의 양이 최소가 되도록 노력하면서, 침전의 색깔이 없어질 때까지 씻는 과정을 반복한다.
8)마른 종이를 이용해서 참전을 말린 후에 무게를 잰다. 조교에게 시료의 조성을 물어서 수화물을 계산하다.
9)증류수 10m를 넣은 시험관에 온도계를 꼽고 약 2g의 KNO₃을 넣은 후에 온도의 변화를 관찰한다.
6.Result:
KNO₃의 양(g)
결정이 생기는 온도(℃)
4g
8g
12g
실험 결과 사진
측정한 값 계산
이 실험에서 임의의 KNO₃의 양을 증류수에 넣었을 때의 몰농도와 만든 용액을 녹이고 식힐 때 결정이 생기는 온도의 관계를 그래프로 알아보는 것이므로 몰농도를 구해야 한다.
몰농도(M)= 몰수/부피 이다.
몰수= 질량/분자량이다. (KNO₃의 분자량은 101.0g/mol 이다.)
부피는 따로 측정하지 않았기 때문에 증류수의 부피(0.01L)로 한다.
위의 식으로 측정한 값들을 계산한 것을 아래의 표로 나타내보았다.
질량(g)
분자량(g/mol)
몰수(mol)
부피(L)
몰농도(M)
4g
101.0
0.0396
0.01
3.96
8g
101.0
0.0792
0.01
7.92
12g
101.0
0.1188
0.01
11.88
KNO₃의 양(g)
몰농도(M)
결정이 생기는 온도(℃)
4g
3.96
44.5
8g
7.92
53.2
12g
11.88
62.5
이제 우리가 필요한 값을 아래의 표와 같이 정리해보았다.
7.Discussion&Feeling:
이번 실험은 증류수에 질산포타슘을 4g, 8g, 12g을 넣고 가열하여 고체인 질산포타슘이 다 녹으면 식히면서 결정이 생길 때의 온도를 측정한다.
이를 통해 넣은 질산포타슘의 양에 의한 몰농도와 결정이 생길 때의 온도를 비교해볼 수 있다. 그 결과를 위해서는 질산포타슘의 양에 대한 몰농도를 구해야하는데 [몰수= 질량/분자량]와 [몰농도(M)= 몰수/부피] 두 식을 통해 구할 수 있다.
4g→ 몰수=4g÷101.0g/mol=0.0396mol
몰농도=0.0386mol÷0.01L=3.96M
8g→ 몰수=8g÷101.0g/mol=0.0792mol
몰농도=0.0792mol÷0.01L=7.92M
12g→ 몰수=12g÷101.0g/mol=0.1188mol
몰동도=0.1188mol÷0.01L=11.88M
이 구한 값과 실험에서 측정한 각 결정이 생길 때의 온도 44.5℃(4g), 53.2℃(8g), 62.5℃(12g)의 그래프를 그려봤다.
<온도에 따른 질산포타슘의 몰농도>
이 그래프를 통해 나타난 결론은 몰농도와 온도는 비례한다는 것이다.
실험에서 오차가 생길 수 있는 원인들을 생각해보면 첫 번째로 부피이다. 몰농도는 몰수/부피로 계산한다. 하지만 결과에서 이용한 부피는 0.01L이다. 이 부피는 전체 부피가 아닌 증류수의 부피이다. 증류수에 질산포타슘을 넣고 나면 전체 부피가 “4g넣었을 때<8g 넣었을 때<12g 넣었을 때”로 커지는 데, 이때의 부피를 딱히 측정을 하지 않아서 실제 몰농도와 차이가 있다.
두 번째로 질산포타슘이 들어간 증류수를 가열해 녹이고 다시 식히면서 결정이 생길 때의 온도를 측정할 때 처음 결정이 생기는 그때를 잘 알 수 없었다. 처음 결정이 생기면 갑자기 많이 생기는 게 아니라 옅게 조금 생기는 것이라 투명한 액체를 통해 보니 잘 알 수가 없었다.
세 번째로 질산포타슘 8g이 녹아있는 용액을 조금 식혔다가 온도계를 넣는 데 온도계가 들어가자 말자 온도계 주위로 결정들이 과도하게 생겼다. 그 이유를 생각해보면 온도계를 찬 물에 씻고 바로 넣어서 온도계 주위의 낮은 온도로 인해 결정들이 생겼을 것이다.
이러한 이유로 때문에 실험에서 오차가 발생하였다.

키워드

질산포타슘의 용해도,   엔트로피,   열역학 제1법칙