본문내용
1. 드라이아이스를 이용한 탄산수 제조와 이산화탄소 헨리 상수 측정
1.1. 실험 목표
드라이아이스의 용해로 발생한 이산화탄소 기체를 이용하여 탄산수를 제조하고, 이렇게 만들어진 탄산수의 용해도를 구하여 이산화탄소의 헨리 상수를 계산하는 것이 이번 실험의 목표이다"
1.2. 배경 지식
1.2.1. 헨리의 법칙
헨리의 법칙은 온도가 일정하다고 가정할 경우, 기체가 용매에 용해되는 양이 해당 기체의 분압에 비례한다는 것을 설명한다. 즉, 용매와 평형을 이루는 기체의 부분 압력 (P)은 기체의 용해도(C)와 헨리 상수(k)의 곱으로 나타낼 수 있다. 이는 직관적으로 이해할 수 있는데, 기체의 부분 압력이 커지면 자연스럽게 용매에 용해되는 기체의 양이 많아지고, 부분 압력이 작아지면 용해된 기체가 기체의 압력과 평형을 이루기 위해 용액에서 방출되기 때문이다. 따라서 일정한 온도에서 용해된 기체의 양은 해당 기체의 부분압력에 비례하게 된다. 이러한 관계를 수식으로 나타내면 P = kC와 같다. 여기서 k는 헨리 상수로 불리며, 용매와 기체의 종류에 따라 특정 값을 갖는다. 헨리 상수는 실험적으로 측정할 수 있으며, 온도에 따라 변화하는 특성을 보인다."
1.2.2. 적정 화학적 실험 과정
적정 화학적 실험 과정에서 정량적인 분석을 위해 사용되는 방법으로 분석대상 시료인 용액의 농도를 측정하기 위하여, 농도와 부피를 알고 있는 시료를 투입하여 용액을 섞는 방법을 말한다.
미지 농도의 용액에 시료를 점차 부피를 증가시키며 혼합하면, 지시약으로 인한 색 변화가 나타난다. 색변화의 유지시간이 적정 시간을 만족하면, 용액 혼합을 중지한다. 이때의 시점을 종말점이라고 하고 이때 사용된 시료의 부피와 농도를 이용하여 미지용액의 농도를 계산한다.
당량점은 중화반응에서 완벽한 중성상태를 이루었을 때의 지점을 말하며, 종말점이 당량점에 가까우면 실험의 오차는 작아지게 된다. 구체적인 계산 공식은 다음과 같다.
N1: 미지 수용액의 농도
V1: 미지 수용액의 부피
N2: 시료의 농도
V2: 시료의 부피
이러한 적정 화학적 실험 과정을 통해 농도를 정량적으로 분석할 수 있다.
1.3. 실험 과정 및 데이터
우선 NaOH 용액의 농도를 표준화하기 위해 KHP 용액을 이용한 적정 실험을 진행하였다"" 홀 피펫을 사용하여 5ml의 KHP 용액을 3개의 삼각 플라스크에 옮겨 담았다"" 그리고 3개의 바이알에 5ml의 증류수를 담고 드라이아이스를 넣어 녹였다"" 드라이아이스가 완전히 녹으면 바이알의 뚜껑을 닫아 밀봉하였다"" KHP 용액이 담긴 삼각 플라스크를 교반기 위에 올려놓고 NaOH 수용액으로 적정을 시작하였다"" 뷰렛의 눈금 변화를 관찰한 결과 NaOH 수용액 약 5.65ml를 사용하여 종말점에 도달하였고, 이를 토대로 NaOH 수용액의 농도를 약 0.044M로 계산하였다""
이어서 3개의 바이알에 담긴 드라이아이스 용액을 이용하여 탄산수를 제조하고 적정 실험을 진행하였다"" 첫 번째 바이알은 교반 없이 NaOH 수용액 약 4.7ml로 적정하였고, 두 번째 바이알은 2분 30초간 교반 후 NaOH 수용액 약 1.1ml로 적정하였으며, 세 번째 바이알은 5분간 교반 후 NaOH 수용액 약 0.6ml로 적정하였다"" 또한 증류수 적정 실험에서는 NaOH 수용액 약 1ml를 사용하였지만 증류수의 색깔 변화는 없었다""
1.4. 탄산수의 몰 농도 및 헨리 상수 계산
교반하지 않은 탄산수의 몰 농도는 0.0413M으로 계산되었다. 2분 30초 동안 교반한 탄산수의 몰 농도는 약 0.0097M으로 계산되었다. 5분 동안 교반한 탄산수의 몰 농도는 약 0.0053M으로 계산되었다.
대기압은 1atm이므로 공식을 이용해 헨리 상수를 계산하면, 측정된 바이알의 온도가 약 290K이므로 이 때의 이산화탄소의 헨리 상수는 약 24.213이다.
실험값과 이산화탄소의 표준 헨리 상수(KH,CO₂=29.41 M/atm at 298 K)에 비하면 다소 차이가 있다. 이러한 차이가 발생한 원인으로는 NaOH용액의 농도...
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