소개글
"Analysis of Gran plot of acid and base"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. 실험의 목적
1.2. Gran plot의 개념과 원리
1.3. KHP와 NaOH의 반응
2. 실험 방법
2.1. NaOH 및 KHP 용액의 준비
2.2. KHP 적정을 통한 pH 측정
2.3. Gran plot 작성
3. 실험 결과
3.1. 적정 곡선 및 Gran plot
3.2. NaOH 농도 계산
3.3. KHP의 K_a 값 결정
4. 고찰
4.1. Gran plot을 통한 end point 결정
4.2. NaOH 표준화 및 KHP K_a 값 평가
4.3. 실험 결과의 정확성 및 오차 분석
5. 결론
5.1. 실험 결과 요약
5.2. Gran plot 활용의 의의
5.3. 향후 연구 과제
6. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. 실험의 목적
이번 실험의 목적은 Gran plot을 이용해 NaOH를 표준화하고 KHP의 K_a 값을 결정하는 것이다. 적정 과정에서 일어나는 pH 변화를 pH meter로 관찰한 후, Gran plot을 사용하여 end point와 KHP의 K_a 값을 결정할 것이다.
1.2. Gran plot의 개념과 원리
Gran plot은 end point를 결정할 때 사용하는 방법이다. Gran plot을 이용하면 end point 이전까지(주로 0.8 V_e 또는 0.9 V_e까지)의 결과만으로 end point를 확인할 수 있다. 이를 통해 indicator의 색 변화로 end point를 결정하는 것보다 더 정확한 end point를 구할 수 있다.
Gran plot은 V_b에 대하여 V_b × 10^(-pH)를 plot한 그래프이다. 이때 gamma_HA / gamma_A^(-) 가 상수일 때 이 그래프는 기울기가 -K_a·gamma_HA / gamma_A^(-) 이고 x 절편이 V_e인 직선이 된다. 따라서 Gran plot의 x 절편을 통해 end point의 부피 V_e를 정확히 알 수 있다.
KHP와 NaOH의 반응에서 NaOH는 1mol당 1mol의 HP^(-) 를 P^(2-) 로 전환시킨다. 이때 [ A^(-) ]와 [ HA ]는 각각 [ P^(2-) ]와 [ HP^(-) ]와 같다. 이 값을 평형식에 대입하여 정리하면 Gran plot 방정식을 도출할 수 있다. 이를 통해 Gran plot 분석으로 end point와 K_a 값을 결정할 수 있다.
1.3. KHP와 NaOH의 반응
KHP(potassium hydrogen phthalate, C₈H₅KO₄)는 산-염기 적정의 일차 표준물질로 널리 사용되며, NaOH(수산화나트륨)와 다음과 같은 반응을 한다.
KHP와 NaOH는 1:1로 반응하여 K⁺, H₂O, 그리고 phthalate 이온(C₆H₄(COO⁻)₂²⁻) 이 생성된다. 형식적 농도가 F_a인 HP⁻(C₈H₅O⁻₄) V_a mL에 형식적 농도가 F_b인 NaOH 용액 V_b mL를 가한 경우, 다음과 같은 관계식이 성립한다. [A⁻] = [P²⁻], [HA] = [HP⁻]이므로, 이 값들을 평형 식에 대입하면 식 (1)과 같이 표현할 수 있다.
V_b에 대한 V_b × 10⁻ᵖᴴ의 그래프를 그린 것을 Gran plot이라고 하며, γₕₐ/γₐ⁻가 일정할 때 이 그래프는 기울기가 -K_a·γₕₐ/γₐ⁻이고 x 절편이 V_e인 직선이 된다.
따라서 Gran plot을 활용하면 실험 과정에서 정확한 end point를 결정할 수 있으며, 이를 통해 NaOH의 농도와 KHP의 K_a 값을 계산할 수 있다. [아식]
2. 실험 방법
2.1. NaOH 및 KHP 용액의 준비
polyethylene bottle에 증류수 250mL와 50 wt% NaOH 약 1.4mL를 넣어 NaOH 용액을 준비하였다. 또한 105°C에서 1시간 동안 건조시킨 primary standard grade의 KHP 약 1g을 250mL까지 증류수로 희석하여 KHP 용액을 준비하였다. 이로써 실험에 필요한 NaOH 및 KHP 용액을 적절히 준비하였다.
2.2. KHP 적정을 통한 pH 측정
KHP solution 100.00mL를 250mL beaker에 넣고 magnetic stirring bar와 pH meter의 electrode를 넣었다. beaker에 phenolphthalein indicator 두 방울을 넣고 pH meter를 읽으며 NaOH solution으로 KHP solution을 적정했다. 적정 과정에서 NaOH는 1mol당 1mol의 HP^-를 P^2-로 전환시킨다. KHP와 NaOH의 반응식은 다음과 같으며, formal concentration이 F_a인 HP^- V_a mL에 formal concentration이 F_b인 titrant NaOH V_b mL를 가한 경우 성립하는 식은 다음과 같다. [A^-]와 [HA]는 각각 [P^2-]와 [HP^-]와 같다. 이 값을 equilibrium expression에 대입하고 식을 정리하면 V_b에 대한 V_b × 10^-pH의 그래프를 Gran plot이라고 할 수 있으며, gamma_HA / gam...
참고 자료
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