소개글
"kmno4 표준용액"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. 산화-환원 적정에 대한 이해
1.2. 과망간산 이온의 특징 숙지
1.3. 과망간산 용액 제조 및 표준화
2. 실험 이론
2.1. 과망간산 포타슘(KMnO4)
2.2. 산화-환원 반응
2.3. 산화-환원 적정
2.4. 표준 환원 전위
2.5. 일차 표준물질에 의한 표준화
3. 실험 방법
3.1. 용액 제조
3.1.1. 0.020 M KMnO4 용액 제조
3.1.2. H2SO4 용액 제조
3.1.3. Na2C2O4 용액 제조
3.2. KMnO4 용액 표준화
4. 결과 및 고찰
4.1. 시약 제조식
4.2. 과망간산 이온을 이용한 산화-환원 적정 반응
4.3. 분석물질의 산화수 통일 방법과 disproportionation
4.4. 산화-환원적정에 사용되는 다른 강산화제
4.5. KMnO4 용액과 Na2C2O4의 반응량 계산
5. 결론
6. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. 산화-환원 적정에 대한 이해
산화-환원 반응은 원자의 산화수가 달라지는 화학 반응이다. 이는 화학종 사이의 전자 이동을 특징으로 하며, 한 종(환원제)은 전자를 손실(산화)하고 다른 종(산화제)은 전자를 획득(환원)한다. 산화는 산소를 얻고 전자를 잃는 것으로 산화수가 증가하는 것이고, 환원은 산소를 잃고 전자를 얻는 것으로 산화수가 감소하는 것이다. 환원제는 전자를 내어주어 자신은 산화되고 다른 화합물을 환원시키는 것이며, 산화제는 전자를 받아 자신은 환원되고 다른 화합물을 산화시키는 것이다.
산화-환원 적정은 정량적으로 일어나기 때문에 시료의 농도를 알아내는 부피 분석법으로 활용될 수 있다. 농도를 정확하게 알고 있는 산화제 또는 환원제 표준 용액으로 시료를 완전히 환원 또는 산화시키는 데 쓰인 양을 측정하면 시료에 들어 있는 물질의 농도를 알 수 있다. 서로 주고받은 전자의 수는 같으며, 당량(eq)은 산화제나 환원제가 전자 1 mol을 내놓는 양이고, 그램당량은 1당량에 해당하는 질량을 g 단위로 나타낸 값이다. 산화-환원 반응의 경우 동시성이 성립한다.
산화-환원 적정에서는 반쪽 반응이 환원 반응일 때의 표준 전극 전위인 표준 환원 전위(E°)를 이용한다. 표준 환원 전위 값이 (+)이면 수소보다 환원되기 쉽고 (-)이면 수소보다 환원되기 어려운 것을 의미한다.
과망간산 용액을 사용한 산화-환원 적정에서는 이산화망간(MnO2)의 혼입 및 유기불순물에 의한 과망간산 이온의 환원 문제가 발생할 수 있다. 따라서 일차표준물질인 옥살산나트륨(Na2C2O4)으로 과망간산 용액을 표준화한 후 사용해야 한다. 옥살산 이온이 과망간산 이온과 산성 용액에서 반응하여 망간 이온과 이산화탄소를 생성하는 반응을 이용한다.
1.2. 과망간산 이온의 특징 숙지
과망간산 포타슘(KMnO4)은 산화-환원 적정에서 널리 사용되는 강산화제이다. 진한 자주색을 띠는 고체 물질로, 용액의 산-염기성에 따라 다양한 반응이 일어나기 때문에 일차 표준물질에 의한 표준화 과정이 필요하다. 과망간산 이온은 다음과 같이 환원된다.
과망간산 이온은 산성 용액에서 전자를 획득하여 자신은 환원되고, 다른 화합물을 산화시키는 강력한 산화제의 역할을 한다. 따라서 미량의 이산화망간(MnO2) 또는 유기불순물이 포함되어 있을 경우 과망간산 이온의 농도를 부정확하게 측정할 수 있기 때문에, 일차 표준물질인 옥살산나트륨(Na2C2O4)으로 표준화하여 사용해야 한다.
과망간산 이온은 용액의 산-염기성에 따라 다양한 반응을 나타내는데, 강산성 용액(pH<2)에서는 옥살산과 반응하여 이산화탄소와 망간 이온을 생성한다. 이때 과망간산 이온은 전자를 받아 환원되고, 옥살산 이온은 전자를 잃어 산화된다. 이러한 산화-환원 반응의 동시성으로 인해 과망간산 이온을 이용한 산화-환원 적정이 가능하다.
과망간산 이온은 산화-환원 반응에서 전자를 받아 환원되는 과정에서 다양한 산화수 상태로 존재할 수 있다. 이러한 disproportionation 반응으로 인해 분석물질의 산화수를 통일시키는 과정이 필요할 수 있다.
과망간산 이온 외에도 염소산나트륨(NaClO3)과 크로뮴산칼륨(K2Cr2O7)과 같은 강산화제가 산화-환원 적정에 널리 사용된다. 이들 산화제는 산성 조건에서 비교적 안정적으로 존재하며, 환원되는 과정에서 다양한 반응을 일으킨다.
1.3. 과망간산 용액 제조 및 표준화
과망간산 포타슘(KMnO4)은 산화-환원 적정에서 널리 사용되는 강산화제이다. 진한 자주색을 띠는 고체로, 용액의 산-염기성에 따라 다양한 반응이 일어나므로 일차 표준물질에 의한 표준화 과정이 필요하다. 표준화 하는 이유는 미량의 이산화망간(MnO2)이 포함되어 있어 산화제의 역할을 하지 않으며, 수용액상 유기불순물이 과망간산 이온을 이산화망간으로 환원시킬 수 있기 때문이다. 따라서 과망간산 이온 수용액을 일차 표준물질인 Na2C2O4로 표준화한 후에 표준용액으로 사용해야 한다.
옥살산 이온을 이용해 과망간산 이온 수용액의 농도를 표준화한다. 강산성 용액(pH<2)에서 옥살산 이온(C2O4^2-)이 과망간산 이온(MnO4^2-)을 환원시켜 이산화탄소와 망간 이온을 생성하는 반응이 일어난다. 이 반응의 반쪽 반응식은 MnO4^2- + 8H+ + 5e- → Mn^2+ + 4H2O이며, 산화 반쪽 반응식은 H2C2O4 → 2CO2 + 2H+ + 2e-이다. 따라서 옥살산 이온의 산화-환원 반응을 이용하여 과망간산 이온 수용액의 농도를 표준화할 수 있다.
구체적인 표준화 과정은 다음과 같다. 먼저 Na2C2O4 용액을 70~80°C로 유지된 water bath에 넣는다. 그 후 준비한 0.020 M KMnO4 용액을 뷰...
참고 자료
박종성, 『분석화학실험 』, 사이플러스, 2018년 3월 1일, 79p-81p
안전보건공단, 과망간산칼륨, 2021년 5월 16일, https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/kcic/msdsdetail.do#n
안전보건공단, 나트륨 옥살산염, 2021년 5월 16일, https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/kcic/msdsdetail.do#n
안전보건공단, 황산, 2021년 5월 16일, https://msds.kosha.or.kr/MSDSInfo/kcic/msdsdetail.do#n
Britannica Visual Dictionary, 실험기구, 2021년 5월 21일, https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1838858&cid=49078&categoryId=49078
도금기술용어사전, 메스플라스크, 2021년 5월 21일, https://terms.naver.com/entry.naver?docId=653449&cid=42326&categoryId=42326
분석화학 해리스 9판
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