본문내용
1. 예비실험 개요
1.1. 실험 목적
기체상수 결정 실험의 목적
이 실험의 목적은 특정 양의 산소 기체를 발생시켜 이때 발생한 산소의 부피와 소모된 시료의 양을 측정하여, 실험을 통해 기체의 부피, 압력, 온도, 몰수를 구하고, 이를 이상기체 상태방정식에 대입하여 기체상수(R) 값을 결정하는 것이다.
기체상수 R은 이상기체 1몰의 상태방정식인 PV=nRT에서 중요한 상수로, 이 실험을 통해 R 값을 구할 수 있다. 또한 증기압과 부분압력을 이해하고, 시료와 실험 장치의 특성을 파악하여 실험을 수행할 수 있게 된다.
1.2. 실험 원리
이상기체 상태방정식에 따르면 기체 1몰의 압력(P), 부피(V), 온도(T) 사이에는 PV=nRT 관계가 성립한다. 이때 n은 기체의 몰수, R은 기체상수를 나타낸다. 이 실험에서는 산소 기체를 발생시켜 발생한 기체의 부피와 압력, 온도를 측정하고, 이를 이용하여 기체상수 R을 계산한다.
KClO3를 가열하면 산소 기체가 발생하고 KCl이 남게 된다. 이때 MnO2 촉매를 첨가하면 산소 기체 발생 속도가 증가한다. 발생된 산소 기체의 부피는 시약병 속 물의 배출 부피로 측정할 수 있다. 그러나 시험관 내부에는 산소 기체뿐만 아니라 수증기도 포함되어 있으므로, 산소 기체의 실제 부분압력을 구하기 위해서는 온도에 따른 포화 수증기압을 고려해야 한다. 이를 통해 산소의 부피, 압력, 온도 값을 구할 수 있으며, 이상기체 상태방정식을 적용하면 기체상수 R을 계산할 수 있다.
동일한 방법으로 다른 기체에 대해서도 R을 구할 수 있는데, 이는 기체 종류에 관계없이 모든 이상기체에 동일한 기체상수 값이 적용되기 때문이다. 즉, 실험적으로 한 가지 기체에 대해 R값을 결정하면 이를 다른 기체에도 일반화하여 적용할 수 있다.
2. 실험 준비
2.1. 실험 장치 및 재료
시험관, 메스실린더(100mL), 고무마개, 클램프, 스탠드, 고무관 2개, 파라필름, 비커(250mL), 삼각플라스크(300mL), 온도계를 사용한다. 그리고 KClO3 약 3g과 MnO2 약 0.2g을 실험에 사용한다. KClO3는 녹는점이 368℃이고 비중이 2.326(39℃)인 무기화합물이다. 가열하면 400℃에서 분해하여 과염소산칼륨과 염화칼륨이 생성되며, 산소 기체를 방출한다. 이 반응은 MnO2와 같은 금속 산화물 촉매를 가하면 70℃에서도 산소 기체가 발생하므로, 실험실에서 산소를 얻는 데 이용된다. 다만 유기물, 황, 탄소 등이 혼입되면 폭발할 수 있어 주의해야 한다.
2.2. 시약 특성 및 취급 주의사항
은 녹는점이 368℃이고 비중은 2.326(39℃)이다. 가열하면 400℃에서 과염소산칼륨과 염화칼륨으로 분해된다. 더 가열하...
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