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일반화학실험2 산소 제법 결과 레포트

11. 실험 목적염소산칼륨(KC`lO _{3})를 열분해하여 산소의 발생을 확인한다. 이때 사용하는 이산화망간(MnO _{2})의 촉매 작용을 이해하고 발생시킨 산소의 성질을 확인하는 것이 이 실험의 목적이다.2. 실험 원리가. 산소의 성질산소 기체(O _{2})는 비금속 원소로 색이 없고 냄새도 없는 기체이다. 이는 원소를 직접 산화하여 산화물을 만들고 일반적으로 산화할 때 발열한다. 따라서 산화는 더욱 빨리 진행되며, 때에 따라서는 가연성 가스의 발생을 수반하여 불꽃을 내고 연소를 일으킨다. 뿐만 아니라 대기 속의 산소는 여러 가지 연료의 연소에 필요하다.나. 산화-환원반응산화-환원 반응은 전자가 이동을 포함하는 화학 반응의 한 유형이다. 산화-환원 반응은 전자를 얻거나 잃음으로써 분자, 원자 또는 이온의 산화수가 변하는 화학 반응이다. 분자, 원자 또는 이온이 산소(O)를 얻거나 수소(H`) 또는 전자를 잃으면 산화, 산소(O)를 잃거나 수소(H`) 또는 전자를 얻으면 환원된다. 한 물질이 산소(O)를 얻거나 수소(H`) 또는 전자를 잃을 때 다른 물질이 그 산소(O)를 잃거나 그 수소(H`) 또는 전자를 얻으므로, 산화와 환원은 항상 동시에 일어난다.산화-환원 반응의 예로는 마그네슘(M`g)과 산소(O)의 반응이 있다. 공기 중에서 마그네슘(Mg) 리본에 불을 붙이면 격렬히 연소된다. 금속인 마그네슘(Mg)은 전자를 잃고 산화되어 양이온이 되고, 비금속인 산소(O)는 전자를 얻고 환원되어 음이온이 된다. 그러므로 이온 결합 물질인 산화마그네슘(MgO)이 생성된다.다. 촉매촉매란 반응에서 소모되지 않으면서 반응 속도를 변화시키는 제 3의 물질을 말한다. 이러한 촉매는 정촉매와 역촉매로 나뉜다. 정촉매는 활성화 에너지를 낮춰 반응속도를 빠르게 해주는 촉매인 반면, 역촉매는 정촉매와 달리 반응 속도를 느리게 해주는 촉매이다. 정촉매 중 하나가 이 실험에서 쓰인 이산화망간(MnO _{2})이다.이산화망간의 연소를 통하여 산소를 얻을 수 있다. 이산화망간을400``` SIM 500` DEG C로 가열하여 산소를 얻는 반응식은 다음과 같다.2KC`lO _{3} ` _{(s)} ```` -> `2KC`l` _{(s)} `+`3O _{2} ` _{(g)}#```````````````````````````````````가열라. 산성과 염기성산성은 수용액에서 pH 수치는 0 ~ 6이다. 모든 산성 물질은 공통적으로 물에 녹아 수소 이온(H ^{`+})을 내놓는데, 이로 인하여 신맛이 난다. pH 시험지에 닿은 수용액이 약산일 경우에는 연두색에, 강산일 경우에는 다홍색 혹은 빨간색에 가깝다.pH가 7보다 큰 염기(8 ~ 14)는 물에 녹아 수산화 이온(OH ^{`-})을 내놓기 때문에 쓴 맛을 내거나 미끌거리는 성질을 지닌다. pH 시험지에 닿은 수용액이 약염기일 경우에는 푸른색에, 강염기일 경우에는 보라색에 가깝다.3. 실험 기구 및 시약가. 염소산칼륨(KC`lO _{3})나. 이산화망간(MnO _{2})다. 마그네슘(Mg) 리본라. pH 시험지마. 시험관바. 핀셋사. 성냥아. 알코올 램프4. 실험 방법가. 시험관에 염소산칼륨(KC`lO _{3})1g과 이산화망간(MnO _{2})0.3`g을 넣고 산소 발생 장치를 설치한다.나. 마그네슘(Mg) 리본에 불을 붙인 후, 핀셋으로 시험관에 가까이 한다.다. 반응이 완료되면 마그네슘(Mg) 리본의 연소 생성물을 증류수에 녹인 후, pH 시험지로 용액의 액성을 확인한다.5. 실험 고찰가. 염소산칼륨(KC`lO _{3})이 반응하는 반응식이산화망간(MnO _{2})과 염소산칼륨(KC`lO _{3})의 연소 반응은 이산화망간 촉매에 의해서 매우 빠르게 진행되는데, 이때의 반응식은 다음과 같다.2KC`lO _{3} ` _{(s)} ```` -> `2KC`l` _{(s)} `+`3O _{2} ` _{(g)}#```````````````````````````````````가열염소산칼륨(KC`lO _{3})1g을 완전히 분해시키면 발생하는 산소의 양을 구할 수 있다. 위의 염소산칼륨의 연소 반응식에서 염소산칼륨(KC`lO _{3})2`mol당 산소(O _{2})3`mol이 생성되므로 이를 2로 나누어 주면 다음과 같다.KC`lO _{3} ` _{(s)} ```` -> `KC`l` _{(s)} `+` {3} over {2} O _{2} ` _{(g)}#```````````````````````````````````가열즉, 염소산칼륨(KC`lO _{3})1`mol당 산소(O _{2}){3} over {2} `mol`=`1.5`mol이 생성되는 것이다. 이때, 염소산칼륨(KC`lO _{3})의 분자량은122.55`g/mol이므로1g의 분자량은0.00816``mol이며,1`mol의 부피는22.4`L이다. 따라서0.00816`(mol)` TIMES `1.5` TIMES `22.4`(L)`=`0.274`176`L 즉, 약0.274`L의 산소가 발생한다는 사실을 알 수 있다.염소산칼륨(KC`lO _{3})1g에 산소(O _{2}) 기체0.274`L가 생성되었으므로 비례식을 이용하여 산소(O _{2}) 기체1`L를 발생시키는 데에 필요한 염소산칼륨(KC`lO _{3})의 양을 다음과 같이 계산할 수 있다.1`(g)`:`0.274`(L)`=`x`(g)`:`1`(L)0.274`x`=`1x`=` {1} over {0.274} `=`3.6496350``` image 3.65`(g)따라서 산소(O _{2}) 기체1`L를 발생시키는 데에 필요한 염소산칼륨(KC`lO _{3})의 양은3.65`(g)이 필요하다.나. 마그네슘 리본의 반응식마그네슘의 연소 반응은 산화-환원 반응의 대표적인 예이다. 마그네슘 리본이 산소와 반응하여 산화마그네슘(MgO)가 생성된다. 마그네슘 연소의 반응식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.2Mg`` _{(s)} `+`O _{2} ` _{(g)} ``` -> 2MgO`` _{(s)}다. pH 시험지로 확인한 용액의 액성마그네슘 리본의 연소 생성물인 산화마그네슘(MgO)과 증류수(H _{2} O)가 반응하여 수산화마그네슘(Mg(OH) _{2}) 수용액이 생성된다. 수산화마그네슘(Mg(OH) _{2})은 증류수 내에서 마그네슘 이온(Mg ^{2+})과 수산화 이온(OH ^{`-})을 내놓는다. 이를 반응식으로 나타내면 다음과 같다.2Mg`` _{(s)} `+`O _{2} ` _{(g)} ``` -> 2MgO`` _{(s)}MgO``` _{(s)} `+`H _{2} O`` _{(l)} `` -> Mg(OH) _{2} `` _{(aq)}Mg(OH) _{2} `` _{(aq)} ``` -> Mg ^{`2+} ` _{(aq)} `+`2OH ^{`-} ` _{(aq)}

공학/기술| 2022.08.01| 4페이지| 1,000원| 조회(126)

단국대, 실험레포트, 결과레포트, 일반화학실험2

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일반화학실험2 전기 분해 결과 레포트

11. 실험 목적전지의 화학적 반응 즉, 산화-환원 반응을 이용하여 구리를 석출하고, 이때 이용한 구리의 이론값과 실제 석출된 구리의 양을 비교하는 것이 이 실험의 목적이다.2. 실험 원리가. 전기 화학전기화학 반응(electrochemical reaction)은 전기 에너지와 화학 변화의 관계를 취급하는 화학 반응의 하나로, 전자가 관여된 산화 또는 환원 반응을 뜻한다. 전자의 이동 측면에서 보았을 때, 화합물이 전자를 내어 놓고 이 전자가 전극으로 이동하면 산화 반응이고, 전자가 전극으로부터 방출되어 화합물로 이동하면 환원 반응이라고 한다.전기화학 반응에서는 전극과 반응물 사이에서 전자가 전달되는 과정이 필요한데, 터널링(tunneling)이라는 과정에 의해서 전자가 전달된다. 터널링 속도는 전극과의 거리가 증가할수록 지수 함수적으로 감소하기 때문에, 전자 전달은 전극과 매우 가까운 거리에 위치하는 반응물에서만 가능하다. 따라서 전극으로부터 매우 멀리 떨어져 있는 반응물은 전극 근처까지 접근해야 전기화학 반응에 참여할 수 있으므로, 용액 내에서 반응물의 물질 전달이 필요하다. 이처럼 전기화학 반응에는 전자가 반응에 참여하고, 터널링 과정에 의해 전자가 전달되며, 반응물의 물질 전달이 필요한 등 일반적인 화학 반응과는 여러 면에서 다르다.나. 산화-환원 반응반응 중에 한 개 이상의 전자가 이동하는 반응을 산화-환원 반응이라고 한다. 물질이 산화되면 전자를 잃으면서 산화 상태가 증가하고, 환원되면 전자를 얻으면서 산화 상태가 감소한다. 한 물질이 전자를 잃음과 동시에 다른 물질은 전자를 얻기 때문에 산화와 환원은 동시에 일어난다.전기 분해할 때 양 극에서 산화-환원 반응이 일어난다. 먼저 황산구리 수용액에 (+)극과 연결된 탄소 전극을 넣으면 황산(SO _{4} ` ^{2-})이온과 물이 생성된다. 이때 황산(SO _{4} ` ^{2-}) 이온의 표준 산화 전위가-2.05`V로 물의 표준 산화 전위인-1.23`V보다 작기 때문에 물 분자가 산화되면서 산소 기체(O _{2})가 발생한다. 이를 화학 반응식으로 나타내면 다음과 같다.H _{2} O` _{(l)} ``` -> {1} over {2} `O _{2} ` _{(g)} `+`2H ^{`+} ` _{(aq)} +`2e ^{-}(-)극과 연결된 구리판을 황산구리 수용액에 넣으면 구리 석출 구리(C`u ^{2+})이온과 물이 생성된다. 구리(C`u ^{2+}) 이온의 표준 환원 전위가0.34`V로 물의 표준 환원 전위-0.83`V보다 크기 때문에 구리(C`u ^{2+}) 이온이 환원되고, 구리가 석출된다. 이를 화학 반응식으로 나타내면 다음과 같다.C`u ^{2+} ` _{(aq)} `+`2e ^{-} ``` -> C`u` _{(s)}다. 패러데이 법칙전자 1개의 전하량(1.602` TIMES `10 ^{-19} `C)에 아보가드로 수(6.02` TIMES `10 ^{23})를 곱하면9.6485` TIMES `10 ^{4} `(C`/`mol)을 얻을 수 있는데, 이 값을 패러데이 상수라고 부른다. 패러데이 상수는F라는 기호로 쓰고 SI 단위는C`/mol이며, 전자 1몰이 전기 화학 반응에 참여하는데 필요한 전하량이9.6485` TIMES `10 ^{4} ``(C)임을 의미한다. 이러한 상수의 의미는 전기 화학 시스템의 자발성에 무관하다.환원 전극에서 흐르는 전하량은 시간(t)에 따라 흐르는 전류(I`)에 따라 결정되는데, 일정한 전류가 흐를 경우Q`=`I``t로 결정되고, 시간에 따라 전류가 변화하는 경우에는 전류를 시간에 대하여 적분하여 얻어낼 수 있다(Q`=` int _{0} ^{t} {I`(t)dt}).3. 실험 기구 및 시약가. 비커나. 사포다. 탄소 전극라. 전선마. 전원 장치바. 거름종이사. 깔때기아. 스포이드자. 저울0.1`M차. 황산구리(C`uSO _{4}) 수용액카. 구리판4. 실험 방법0.1`M가. 황산구리(C`uSO _{4}) 수용액300`ml를 제조한다. ** 0.1M을 만들기 위해 몇 g의 시료가 필요한지 계산하기 : 여기서 시료는 CuSO4 . 5H2O를 사용함.나. 구리판을 사포질한 뒤, 질량을 측정한다.다. 전원 장치의 (+)극에는 탄소 전극을, (-)극에는 사포질한 구리판을 연결한다.라. 전원 장치의 전류를1A로 고정하고, 이때의 전압을 기록한다.마. 30분 동안 10분 간격으로 총 3번 전압의 변화를 확인하고 기록한다.바. 반응 종결 후 전원 장치를 분리한다.사. 구리판과 탄소 전극을 꺼낸 뒤, 구리판 표면에 석출된 구리를 털어낸다.아. 황산구리(C`uSO _{4}) 수용액을 깔때기와 거름종이를 이용하여 걸러준다.자. 시간이 충분히 지나 다 걸러진 후에 석출된 구리와 구리판, 거름종이를 완전히 건조하고 무게를 측정한다.5. 실험 고찰0.1`M가. 황산구리(C`uSO _{4}) 수용액300`ml에 사용된 구리의 질량구리의 몰 질량은159.6`(g/mol)이고, 황산구리(C`uSO _{4}) 수용액이300`ml이므로 이 수용액에 사용된 구리의 질량은 다음과 같이 구할 수 있다.{0.1`mol} over {1`L} `(=`0.1`M)` TIMES `(300` TIMES `10 ^{-3} `L) TIMES ` {159.6`g} over {1`mol} `=4.788`g`` image 4.8`g`따라서0.1`M 황산구리(C`uSO _{4}) 수용액300`ml에 사용된 구리의 질량은4.8`(g)이다.나. 석출된 구리 양전기 분해 실험을 통하여 얻은 실제 구리 즉, 석출된 구리 양은1.035`g`이다.다. 이론적인 구리의 양1) 전하량구리판에 흐르는 전하량을 구하기 위해서는 패러데이 법칙을 적용해야 한다. 전하량은 시간(t)에 따라 흐르는 전류(I`)에 따라 결정되는데, 일정한 전류Q`=`I``t로 얻어낼 수 있다. 30분 동안 전원 장치에1A의 전류가 흐르기 때문에 이때 전하량은 다음과 같이 구할 수 있다.Q`=`1(A)` TIMES `(30` TIMES `60)(s)`=`1800`(C)따라서 구리판에 흐르는 전하량은1800`(C)이다.2) 사용된 전자의 몰수전자 1개의 전하량은1.602`TIMES `10 ^{-19} `(C)이므로, 전자 1mol의 전하량은1.602` TIMES `10 ^{-19} ` TIMES `6.022` TIMES `10 ^{23} `으로96486`(C)이다. 이 실험에서는 구리판에1800`(C)의 전하가 흐르기 때문에 이때 사용된 전자의 mol수는 다음과 같이 구할 수 있다.1`(mol)`:`96486(C)`=`x`(mol)`:`1800(C)96486`x`=`1800x=` {1800} over {96486} `=`0.0186555562` CDOTS image 0.0187`(mol)3) 석출된 구리의 질량앞서 언급했듯이 (-)극에서 구리() 이온이 환원되면서 구리가 석출되는데, 이때 석출된 구리와 전자의 mol 수의 부는1:`2이다. 따라서 구리 1 mol을 석출시키기 위해서 전자는 2 mol이 필요하다.이 실험에서 전자는0.0187`(mol)가 생성되었기 때문에{0.0187} over {2} `=`0.00935`(mol)의 구리가 석출된다. 이때 생성된 구리의 양은0.00935`(mol)` TIMES `63.5`(g/mol)로 구할 수 있다. 따라서 이론적으로 실험을 실행했을 때, 석출된 구리의 양은 약

공학/기술| 2022.08.01| 4페이지| 1,000원| 조회(204)

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일반화학실험2 질산은 용액의 표정 결과 레포트

11. 실험 목적0.01`M의 염화나트륨(NaC`l) 표준액을 이용하여0.01`M의 질산은(AgNO _{3}) 용액을 표정하는 것이 이 실험의 목적이다. 더 나아가0.01`M의 질산은(AgNO _{3}) 표준액의 규정도를 계산한다.2. 실험 원리가. 표정 (Standardization)표정이란 용액의 농도를 확정하는 것으로 적정에서 기본 조작 중 하나이다.정확한 몰 농도를 알고 있는 표준 용액(Standard Solution)을 이용하여 미지 농도의 용액 속에 존재하는 용질과 완전히 반응시키기 위해 소모된 표준 용액의 양을 측정한다. 적정에서는 이를 이용하여 분석물의 농도를 결정한다.나. 노르말 농도 (Normality)또 다른 농도의 단위로 노말 농도(normality,N)가 있다. 노르말 농도는 용액1L 속에 녹아 있는 용질의 당량수(number of equivalent)로 나타내며, 당량의 정의는 용액 내에서 일어나는 반응에 따라 달라진다. 노말 농도 즉 규정 농도는N _{노말`농도} `=` {용질의`g`당량수} over {용액의`부피`(L)}로 구할 수 있다.N _{1} V _{1} `=`N _{2} `V _{2} `````````````````````````````````````````````````````````````````````````` CDOTS CDOTS 식(1)여기서,N _{1}과V _{1}은 각각 묽히기 전의 노말 농도와 부피이고,M _{2}와V _{2}는 묽힌 용액의 노말 농도와 부피이다.다. 몰 농도 (Molarity)몰농도(molarity,M)는 용액1`L 부피에 들어 있는 용질의 몰수이다. 몰농도는 다음과 같이 구할 수 있다.M _{몰농도} `=` {용질의`몰수`(n)} over {용액의`부피`(L)}묽히더라도 용질의 몰수는 변하지 않는다. 이를 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.mol`=`M _{1} V _{1} `=`M _{2} V _{2} ```````````````````````````````````````````````````````````````````` CDOTS CDOTS 식(2)여기서,M _{1}과V _{1}은 각각 원 용액의 몰농도와 부피이고,M _{2}와V _{2}는 묽힌 용액의 몰농도와 부피이다.라.0.01`M의 염화나트륨(NaC`l) 표준액 제조0.01`M의 염화나트륨(NaC`l) 표준액을 제조하기 위해서 필요한 염화나트륨(NaC`l)의 질량을 구해야 한다. 염화나트륨(NaC`l)의 몰 질량, 몰농도, 증류수(용액)의 부피를 알고 있다. 그러므로 이를 이용하여 표준액 제조를 위한 염화나트륨(NaC`l)의 질량을 다음과 같이 구할 수 있다.M _{몰농도} `=` {몰수`(n)} over {용액의`부피`(L)} `=` {(NaC`l의`질량)} over {(NaC`l의`몰질량)` TIMES `(용액의`부피)}으로 구할 수 있고, 여기에 염화나트륨(NaC`l)의 몰 질량58.44`(g`/`mol), 몰농도0.01`(M), 증류수(용액)의 부피0.1`(L)를 대입하면 다음과 같다.0.01`(M)`=` {x` TIMES `1`(mol`NaC`l)} over {58.44`(g`NaC`l)`TIMES `0.1`(L)}위 식을x에 대하여 정리하면x`=` {0.01` TIMES `58.44` TIMES `0.1} over {1`} `=`58.44` TIMES 10 ^{-3} ``` image `0.058`(g)이다. 따라서0.01`M의 염화나트륨(NaC`l) 표준액을 제조하기 위해서 필요한 염화나트륨(NaC`l)의 질량은0.058`(g)`즉, 약0.060`(g)이다.마.0.01`M의 질산은(AgNO _{3}) 표준액 제조0.1`M 질산은 (AgNO _{3}) 용액을 만들기 위해0.01`M 질산은 (AgNO _{3}) 용액을 증류수100`ml와 섞는다. 희석하더라도 용질의 몰수는 변하지 않으므로,mol`=`M _{i} V _{i} `=`M _{f} V _{f}라는 식이 성립한다. 여기에 질산은(AgNO _{3})의 몰농도0.01`(M), 증류수(용액)의 부피100`(ml)를 대입하면 다음과 같다.0.1`(M`AgNO _{3} ) TIMES `x`(mL)`=`0.01(`M`AgNO _{3} ) TIMES `100`(mL)위 식을x에 대하여 정리하면x`=` {0.01`(MAgNO _{3} )` TIMES `100`(mL)} over {0.1`(MAgNO _{3} )} `=`10`(mL)이다. 따라서0.1`M의 질산은(AgNO _{3}) 용액을 제조하기 위해서 필요한 용액(증류수)의 부피는10`(ml)`이다.0.1`M 질산은 (AgNO _{3}) 용액은10`(ml)`의 증류수가,0.01`M 질산은 (AgNO _{3}) 용액은 증류수100`(ml)`가 필요하다. 그러므로0.1`M 질산은 (AgNO _{3}) 용액에 증류수90`(ml)`를 더 추가하면0.01`M의 질산은 (AgNO _{3}) 용액을 만들 수 있다.3. 실험 기구 및 시약가. 실험 도구1) 증류수100`ml2)300`ml 용량의 비커3)500`ml 용량의 비커4) 코니칼 비커 혹은 삼각 플라스크5)50`ml 메스 실린더6)12ml 주사기 혹은 뷰렛7) 스포이드 혹은 피펫나. 실험 시약1) 염화나트륨(NaC`l)2)5% 크로뮴산 칼륨(K _{2} C`rO _{4})3) 질산은 (AgNO _{3})4. 실험 방법가. 염화나트륨(NaC`l)0.06`g을 비커에 담는다.나.0.06`g의 염화나트륨(NaC`l)이 담긴 비커에 증류수 약100`ml를 담아 염화나트륨(NaC`l)을 용해시킨다.다. 스포이드를 이용하여 염화나트륨(NaC`l) 표준액25ml를 정확하게 실린더에 담는다.라.NaC`l 표준액25ml를 코니칼 비커에 담고, 여기에5% 크로뮴산 칼륨(K _{2} C`rO _{4}) 용액1ml를 넣는다.마.0.1`M`의 질산은(AgNO _{3}) 용액에 증류수90mL를 더 넣어0.01`M`의 질산은(AgNO _{3}) 표준액을 조제하여 준비해둔 코니칼 비커에2ml씩 적가한다.바. 15초 정도 흔들어 섞어도 적갈색이 없어지지 않는 지점을 확인하여 이 지점을 종점으로 한다.사. 실험을 약 2~3회 반복하여 규정도(노르말 농도)를 계산한다.5. 실험 고찰 및 오차 분석가. 실험 고찰1) 화학 반응식 작성2Ag ^{+} `+`C`rO _{4} ^{2-} `` -> AgC`rO _{4} `(s)``` downarrow 염화나트륨(NaC`l)이 물 속에서 수소 이온(H ^{+})과 염소 이온(C`l ^{-})으로 이온화되는데 염소 이온(C`l ^{-})에 의해 질산은(AgNO _{3})이 염화은(AgC`l)으로 변한다. 이때 몇몇 염소 이온(C`l ^{-})들이 염화은(AgC`l) 표면에 부착되면서 염소 이온(C`l ^{-})과 결합하지 않은 은 이온(Ag ^{+})이 남는다. 이를 적정하기 위해서 지시약5% 크로뮴산 칼륨(K _{2} C`rO _{4})을 넣으면NO _{3}보다C`rO _{4}가 반응성이 더 좋아Ag _{2} CrO _{4}가 된다.Ag _{2} CrO _{4}는 물에 녹지 않는 붉은 색 혹은 갈색의 앙금이 되어 침전된다.2) 규정도의 개념, 규정도 계산염화 나트륨(NaC`l)의 규정도N _{NaC`l}을 구하면N _{NaC`l} `=` {0.06`(g)} over {0.1(L)` TIMES `58.44`(g/mol)} `=`0.01026694045이다.식 (1)을 이용하면N _{AgNO _{3}} ` TIMES `23.67`(ml)`=`N _{NaC`l} TIMES `25`(ml)이고, 이를N _{1}에 대하여 정리하면N _{AgNO _{3}} `=` {0.01026694045` TIMES `25} over {23.67} `=`0.01084383233``` image 0.011이다.따라서 염화 나트륨(NaC`l)의 규정도N _{NaC`l} `=`0.0103이고, 질산은(AgNO _{3})의 규정도N _{AgNO _{3}} `=`0.011이다.

공학/기술| 2022.08.01| 4페이지| 1,000원| 조회(152)

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일반화학실험2 은거울 반응 결과 레포트

11. 실험 목적질산은(AgNO _{3})과 암모니아(NH _{4})의 화학적 반응을 통해 알데하이드 환원성을 알아보고 은 코팅을 확인하는 것이 이 실험의 목적이다.2. 실험 원리가. 용액의 농도 계산법농도란 일정량의 용액 안에 존재하는 용질의 비율을 의미하며, 퍼센트 농도(Weight``Perecnt,```%), 몰농도(Molarity,``M), 몰랄 농도(Molality,``m) 등이 있다.질량 백분율이라고도 하는 퍼센트 농도는 용액의 질량에 대한 용질의 질량의 비를 의미하고, 백분율로 나타낸다. 질량 백분율은 다음과 같이 구한다.wt`(%)`=` {용질의`질량} over {용질의`질량`+`용매의`질량`(=용액의`질량)} TIMES 100몰농도는 용액1`L 부피에 들어 있는 용질의 몰(mol)수이며, 다음과 같이 구한다.M`=` {용질의`몰(mol)수} over {용액의`부피`(L)}몰랄 농도는 용매1`kg 질량에 녹아 있는 용질의 몰(mol)수이며, 다음과 같이 구한다.m`=` {용질의`몰(mol)수} over {용매의`질량`(kg)}이 실험에서 질산은 용액5ml와 포도당 용액이 필요하다. 먼저0.1M 질산은(AgNO _{3}) 용액5ml를 제조할 때 필요한 질산은의 질량을 구해보도록 하자. 이를 구하는 계산식을 작성하면 다음과 같다.{0.1`mol} over {1`L} (=0.1M) TIMES 0.005`L TIMES ` {169.87`g} over {1`mol} =0.084935`g``` image 0.085`g다음은5wt% 포도당 용액100`g을 제조할 때 필요한 포도당의 질량을 구해보도록 하자. 이를 구하는 계산식을 작성하면 다음과 같다.{5`g`(용질`=`포도당)} over {100`g``(용액)} (=`5wt%) TIMES 100`g`=`5`g`(포도당)(물의`질량)`=`(용액의`질량)`-`(용질의`질량)`=`100`g`-`5`g`=`95`g나. 알데하이드(aldehyde) 환원성알데하이드는 카보닐 기(carbonyl group)를 작용기로 갖으며, 이 카보닐 기에 적어도 한 개의 수소 원자가 결합되어 있다.[그림 1] 알데하이드 구조식알데하이드 구조식을 나타낸 [그림 1]에서R 부분에 들어가는 물질에 따라 최종적으로 생성되는 물질 또한 달라진다. 이러한 알데하이드는 환원성을 지닌다.다. 화학 반응식이 실험에서 은이 석출되는 과정을 설명하는 화학 반응식을 살펴보면 아래와 같다.AgNO _{3} `+`NH _{4} OH```` -> AgOH``(s)`->`Ag _{2} O(s)` downarrow (갈색)`+`H _{2} O`(l)AgOH`+`2NH _{4} OH```` -> Ag(NH _{3} ) _{2} ^{+} `(aq)`+`H _{2} OAg(NH _{3} ) _{2} ^{+} `(aq)`+`NaOH```` -> Ag(NH _{3} ) _{2} OH`R`-`CHO`(포도당)`+`2[Ag(NH _{3} ) _{2} ] ^{+} ```` -> R`-`COOH`+`2Ag`(s)0.1M 질산은(AgNO _{3}) 수용액5ml이 담긴 시험관에 암모니아수(NH _{4} OH)를 넣었더니 수산화 은(AgOH)이라는 갈색 앙금이 생성되었다. 이때 갈색 앙금으로 침전된 바이알 병을 흔들면 투명하게 변한다. 이는 수산화 은(AgOH)이 암모니아수(NH _{4} OH)를 만나Ag(NH _{3} ) _{2} ` ^{+}인 착이온이 생성되었기 때문에 나타난 현상이다. 여기서Ag(NH _{3} ) _{2} ` ^{+}는 주로 전이 금속인 금속 이온과 ligand의 배위 결합 형태이다.착이온이 형성된 바이알 병에0.8M 수산화나트륨(NaOH) 용액을 첨가하여Ag(NH _{3} ) _{2} `OH가 생성된다.Ag(NH _{3} ) _{2} `OH에서 착이온인Ag(NH _{3} ) _{2} ` ^{+}는 양이온으로 존재한다. 암모니아성 질산은 용액 혹은 톨렌스 시약이 알데하이드와 반응하여 은(Ag,`s)이 석출된다. 이 과정에서 착이온이 알데하이드기를 지니고 있는 포도당(R-CHO)과 반응하여 알데하이드(R-CHO)라는 작용기가 카복실기(-COOH)로 바뀐다. 이때 알데하이드(R-CHO)는 산화되어 카복실산이 되고, 착이온은 환원되어 은(Ag)이 된다. 알데하이드의 환원성이 존재할 수 있는 이유는CHO가 있기 때문이다. 이러한 이유로 인하여 바이알 병 내부에 은(Ag,`s)이 코팅되는 현상이 나타나는 것이다.3. 실험 기구 및 시약가. 질산은(AgNO _{3})나. 암모니아수(NH _{4} OH)다. 수산화나트륨(NaOH)라.5wt% 포도당 용액마. parafilm바. 스포이드사. 바이알4. 실험 방법가. 시험관에0.1M 질산은(AgNO _{3}) 수용액을5ml만큼 담는다.나. 질산은(AgNO _{3}) 수용액이 담긴 시험관에 암모니아수(NH _{4} OH)를 한 방울씩 떨어뜨리면서 갈색 앙금이 생성되는지 확인한다.다. 암모니아수(NH _{4} OH)를 떨어뜨리면서 투명한 용액으로 변하면 parafilm으로 시험관 입구를 밀봉한다.라. 위의 용액이 담긴 시험관에5wt% 포도당 용액과0.8M 수산화나트륨(NaOH) 용액을 각각2ml씩 담는다.마. parafilm으로 다시 입구를 밀봉하고 물 중탕법을 이용해 시험관 벽면에 코팅된 은을 확인한다.5. 실험 고찰알데하이드의 환원성으로 인하여 바이알 병 내부가 은으로 코팅되는 현상이 발생하였다.6. 참고 문헌 및 이미지 출처가. 그림 출처[그림 1] https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%95%8C%EB%8D%B0%ED%95%98%EC%9D%B4%EB%93%9C나. 참고 문헌1) 5주차 수소 제법 이론 강의 동영상, 배윤경, 2021.2) 화학교재연구회, 『줌달의 일반화학 제10판』, CENGAGE, p.1493) https://www.11st.co.kr/products/pa/3748065908?gclid=CjwKCAjw7--KBhAMEiwAxfpkW

공학/기술| 2022.08.01| 3페이지| 1,000원| 조회(216)

단국대, 실험레포트, 결과레포트, 일반화학실험2, 배윤경교수님

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일반화학실험2 이산화탄소 발생 결과 레포트 (1)

11. 실험 목적탄산칼슘(CaCO _{3})과 염산(HC`l)의 반응을 통하여 이산화탄소(CO _{2})의 발생을 확인한다.2. 실험 원리가. 이산화탄소이산화탄소(CO _{2})는 냄새가 나지 않으며, 색이 없고, 무독성 가스이다. 다른 물질의 연소를 방해하고, 불에 타지 않아 불을 끄는데 이용된다. 그래서 이러한 이산화탄소(CO _{2})의 성질로 인하여 이산화탄소(CO _{2})에 불꽃이나 성냥불을 가까이 하면 불꽃이나 성냥불이 꺼진다.이산화탄소(CO _{2}) 기체를 석회수에 통과시키면 석회수(Ca(OH) _{2}) 용액이 뿌옇게 흐려진다. 뿌옇게 흐려지는 것은 탄산칼슘(CaCO _{3}) 앙금이 생성되는 것을 말한다. 탄산칼슘(CaCO _{3})으로 인해 뿌옇게 흐려진 석회수에 이산화탄소(CO _{2})를 계속해서 불어 넣어주면 탄산수소칼슘(Ca(HCO _{3} ) _{2}) 수용액으로 변해 다시 맑아진다. 이는 석회암 지대에 석회동굴이 생성되는 원리와 같다.나. 탄산칼슘탄산칼슘(CaCO _{3})은 상온에서 흰색의 고체이며, 석회석, 대리석 등에 흔히 존재한다.다. 탄산칼슘과 염산의 반응탄산칼슘(CaCO _{3})은 산-염기 중화 반응에서 염산(HC`l)과 반응하면 이산화탄소를 내놓으면서 산화물로 분해되는 염기 역할을 한다. 이를 화학반응식으로 나타내면 다음과 같다.2HC`l` _{(aq)} +`CaCO _{3} ` _{(s)} ``` -> CaC`l _{2} `` _{(s)} +`H _{2} O`` _{(l)} `+`CO _{2} ` _{(g)}3. 실험 기구 및 시약가. 100ml 삼각 플라스크나. 스포이드다. 비커라. 시험관마. Para film바. 빨대사. 핫플레이트아. 비닐장갑자. 염산(HC`l)차. 탄산칼슘(CaCO _{3})카. 석회수4. 실험 방법가. 100ml 삼각플라스크에 탄산칼슘(CaCO _{3}) 약0.5`g을 넣는다.나. Para film으로 삼각 플라스크 입구를 밀봉하여 이산화탄소(CO _{2}) 발생 장치를 만든다.다. 2)에 염산을 가한 뒤 입구를 밀봉하고 기체를 모은다. 이때, para film이 부풀어 오르는 모습을 통하여 기체가 발생하는 것을 알 수 있다.라. 기체가 충분히 발생하면 성냥불을 가까이하여 성냥불의 변화를 관찰한다.5. 실험 고찰실험 방법 나.에서 만든 발생 장치에 성냥불을 가까이 대었을 때, 성냥불이 꺼졌다. 이를 미루어 보았을 때, 탄산칼슘(CaCO _{3})과 염산(HC`l) 반응 실험 이후 생성된 물질은 이산화탄소(CO _{2}) 기체임을 알 수 있다. 이를 화학반응식으로 나타내면 다음과 같다.

공학/기술| 2022.08.01| 2페이지| 1,000원| 조회(164)

단국대, 실험레포트, 결과레포트, 일반화학실험2, 배윤경교수님

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