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산-염기 적정 - NaOH 용액의 표준화 평가A+최고예요

실험제목 : 산-염기 적정 : NaOH 용액의 표준화실험목적- 일차 표준물질에 대해서 이해하고, 일차표준물질을 이용하여 산-염기 용액을 표준화하여 표준용액을 제조한다.이론 및 원리- 산과 염기1) 아레니우스의 정의아레니우스 산 : 수용액에서 수소이온을 해리시키는 물질아레니우스 염기 : 수용액에서 수산화이온을 해리시키는 물질2) 브뢴스테드-로우리의 정의브뢴스테드-로우리 산 : 수소 이온을 잃는 경향성이 있는 화학종브뢴스테드-로우리 염기 : 수소 이온을 얻으려는 경향성이 있는 화학종3) 루이스의 정의루이스 산 : 전자쌍을 받아들이는 물질루이스 염기 : 전자쌍을 내어놓는 물질- 산과 염기의 세기1) 강산 : 수용액에서 모두 이온화하여 수소이온을 내놓는 무기산HClO₄, HCl, H₂SO₄, HNO₃, HBr, HI 등2) 약산 : 수용액에서 수소이온을 적게 해리하는 물질CH₃COOH, H₂CO₃, H₂S 등3) 강염기 : 수용액에서 모두 이온화하여 수산화이온을 내놓는 물질로 대부분의 알칼리금속 또는 알칼리토금속의 수산화물LiOH, NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Sr(OH)₂, Ba(OH)₂ 등4) 약염기 : 수용액에서 수산화이온을 적게 해리하는 물질NH₃, 아민류(-NH₂) 등-pH와 pOH:수소이온 농도([H ^{+} ])의 역수를 지수로 나타낸 값을 pH, 수산화이온 농도([OH ^{-} ])의 역수를 지수로 나타낸 값을 pOH라 하며, pOH와 pH를 합한 값을 14가 된다.pH``=`log {1} over {[H ^{+} ]} =`-log[H ^{+} ]pOH`=`log {1} over {[OH ^{-} ]} `=`-log[OH ^{-} ]pH`+pOH`=`14-중화반응:산과 염기 물질은 서로 쉽게 반응하며, 두 물질이 반응하면 반응 생성물로 염과 물을 생성한다. 이러한 반응을 중화반응 또는 산-염기 반응이라 한다. 이러한 중화반응을 이용하면 농도를 모르는 산 또는 염기 용액에 이미 농도를 알고 있는 염기 또는 산 표준용액을 반응시키고, 이때 소요되는 모르는 산 또는 염기 용액의 농도를 측정할 수 있다. 이러한 방법을 중화적정이라 한다.산과 염기 물질은 서로 쉽게 반응하며, 두 물질이 반응하면 반응 생성물로 염과 물을 생성한다. 이러한 반응을 중화반응 또는 산-염기 반응이라 한다. 이러한 중화반응을 이용하면 농도를 모르는 산 또는 염기 용액에 이미 농도를 알고 있는 염기 또는 산 표준용액을 반응시키고, 이때 소요되는 표준용액의 양을 측정하여 농도를 모르는 산 또는 염기 용액의 농도를 측정할 수 있다.중화반응 : 산 + 염기 ? 염기 + 물HCl`+`NaOH` ?NaCl`+`H _{2} OHCl+NH _{4} OH ?NH _{4} Cl`+H _{2} OCH _{3} COOH+NaOH ?CH _{3} COONa+H _{2} O- 적정: 적정은 특정 화학종의 농도를 결정하기 위해 사용하는 정량 분석법의 일종으로 적정법으로도 불린다. 적정에서는 이미 농도를 알고 있는 표준 용액을 이용하여 미지 농도의 용액 속에 존재하는 용질과 완전히 반응시키기 위해 소모된 표준 용액의 양을 측정함으로써 분석물의 농도를 결정한다. 적정법은 산염기 중화 반응, 침전 반응, 산화 환원 반응, 그리고 착물 형성 반응 등을 주로 이용한다.- 산-염기 적정: 산과 염기의 농도를 알고자 할 때 정확한 농도를 알고 있는 염기나 산의 표준 용액으로 중화 반응을 일으켜 그 농도를 결정할 수 있다. 정확한 농도의 산염기 표준 용액을 제조하기 위하여 일차 표준 물질을 사용하는데, 이는 순도가 높고 용액을 제조하는 경우 무게 오차가 적어 예상한 농도와 거의 동일한 농도의 용액을 제조할 수 있는 물질을 말한다. 예로 NaOH는 조해성이 있어 무게를 측정하는 과정에서 흡수한 수증기에 의해 무게 오차가 발생한다. 따라서 제조한 NaOH 용액의 농도는 정확하지 않다. 이처럼 대부분의 물질은 보관, 무게 측정 과정 중에 공기와 반응하거나 조성이 변하여 정확한 농도의 용액을 만드는 것이 불가능하다. 따라서 화학적으로 변질되지 않고 순수한 상태로 남아있는 물질(1차정확한 용액을 만들어 적정하면, 조해성이나 공기와의 반응 등으로 인한 농도의 오차를 보정할 수 있다.- 당량점: 어떤 적정에서 적정되는 물질의 성분과 적정하는 성분 사이의 화학량론적 반응이 완결되는 지점을 당량점이라 하고, 이 값은 이론값이므로 실제 적정에서는 이 지점을 알 수가 없다. 따라서 당량점에 관한 정보를 얻기 위하여 지시약을 사용하게 되는데, 적정의 과정에서 지시약의 색이 변해서 적정액의 투입을 중지하는 지점을 종말점이라 한다.- 종말점: 적정실험시 이론 및 계산적으로 구하는 당량점의 도달 여부는 눈으로 확인할 수 없다. 따라서 당량점에 도달했음을 확인하고 적정을 멈추기 위해서는 눈으로 확인할 수 있는 방법을 이용해야 한다. 실제 실험을 통해 실험자가 적정이 완료되었다고 판단하여 적정을 멈추는 지점을 종말점이라고 한다. 중화적정실험의 경우, 적정하는 물질을 조금씩 첨가해 나가다가 페놀프탈레인이나 BTB용액 등의 지시약의 색이 변하는 지점을 종말점이라고 판단할 수 있다. 지시약의 색깔 변화를 이용하는 방법 이외에도 전류·전위차·광도 등의 측정을 통해서 종말점을 구하는 방법도 있다.- 산-염기 지시약: 산-염기 지시약은 그 물질 자체가 약한 산 또는 약한 염기의 성질을 나타내며, 산형 지시약과 염기형 지시약 두 종류가 있다. 산형 지시약의 경우 산성 용액에서는 분자상태로 용해되어 분자색을 나타내나 염기성 용액에서는 이온상태로 해리되어 이온색을 나타낸다. 반면에 염기형 지시약은 산형 지시약과는 반대로 염기성 용액에서는 분자상태로 존재하여 분자색을 나타내나 산성 용액에서는 이온상태로 해리되어 이온색을 나타낸다. 이처럼 산-염기 지시약들은 분자로 존재할 때의 색깔(분자색)과 이온으로 존재할 때의 색깔(이온색)이 다른 특성을 나타내는 물질들이다. 따라서 산-염기 지시약을 시료 용액에 가하여 지시약의 색깔 변화를 관찰하면 용액이 산성인지 염기성인지를 알 수 있다. 산-염기 지시약으로는 많은 종류의 물질들이 이용되고 있으며, 이 중 가장 흔히 쓰이고 있는 대표적인타내겠다.산형 지시약, HIn(분자색) ? H? + In? (이온색)염기형 지시약, In(분자색) + H? ? InH? (이온색)관용명변색범위 (pH)변색지시약형티몰블루1.2~2.8붉은색 - 노란색산형8.0~9.6노란색 - 푸른색메틸옐로우2.9~4.0붉은색 ? 노란색염기형메틸오렌지3.1~4.4붉은색 - 오렌지색염기형브로모크레졸그린3.8~5.4노란색 - 푸른색산형메틸레드4.2~6.3붉은색 - 노란색염기형브로모크레졸퍼플5.2~6.8노란색 - 자주색산형브로모크티몰블루6.2~7.6노란색 - 푸른색산형페놀레드6.8~8.4노란색 - 붉은색산형크레졸퍼플7.6~9.2노란색 - 자주색산형페놀프탈레인8.3~10.0무색 - 붉은색산형티몰프탈레인9.3~10.5무색 - 푸른색산형알리자린옐로우10~12무색 - 노란색염기형- NaOH의 특성: 염기 표준용액 조제에는 수산화나트륨(NaOH)과 수산화칼륨(KOH)이 주로 이용된다. 그러나 수산화나트륨과 수산화칼륨은 고체 상태에서도 공기 중의 이산화탄소와 반응하여 쉽게 탄산염을 만들기 때문에 일반적으로 불순물을 포함하고 있다. 그리고 조해성이 있어서 공기 중의 수분을 흡수하기 때문에 정확한 칭량이 어렵다. 따라서 수산화나트륨이나 수산화칼륨 용액을 표준용액으로 사용하려면 용액을 조제한 후 표정 과정을 거쳐 정확한 농도를 확인해야 한다.2NaOH``+`CO _{2} ` rarrow `Na _{2} CO _{3} `+`H _{2} O#2KOH`+`CO _{2} ` rarrow `K _{2} CO _{3} `+`H _{2} O 이처럼 수산화나트륨이나 수산화칼륨이 이산화탄소를 흡수하여 탄산나트륨이나 탄산칼륨으로 변화하면 탄산오차를 일으키는 원인이 된다. 적정 시에 산성 영역에서 변색하는 지시약(브로모크레졸그린, 메틸오렌지 등)을 사용하는 적정에서는 종말점에서 탄산나트륨 또는 탄산칼륨에서 해리된 탄산이온 1몰이 히드로늄이온 2몰과 반응하기 때문에 적정오차를 일으키지 않는다. 즉, 수산화이온 2몰이 탄산이온 1몰을 생성하지만, 다음의 반응과 같이 중화반응로늄이온 2몰과 반응하기 때문에 오차가 발생하지 않는다.CO _{3}^{``2-} +2H _{3} O ^{+} ` rarrow `H _{2} CO _{3} +2H _{2} O`````(pH 3.8)그러나 적정 시에 염기성 영역에서 변색하는 지시약(페놀프탈레인)을 사용하게 되면, 다음의 반응에서와 같이 탄산이온 1몰이 히드로늄이온 1몰과 반응하기 때문에 오차가 발생한다. 즉, 수산화이온 2몰이 탄산이온 1몰을 생성하지만, 다음의 반응과 같이 중화반응에서는 탄산이온 1몰이 히드로늄 이온 1몰과 반응하여 오차를 발생시킨다. 이처럼 염기성 영역에서 변색하는 지시약을 사용할 경우에 염기 표준용액의 유효농도가 이산화탄소의 흡수에 의하여 감소하게 되는 현상을 탄산오차라 한다.CO _{3}^{``2-} +H _{3} O ^{+} ` rarrow `HCO _{3}^{``-} +H _{2} O (pH 8.4)- 0.1 M NaOH의 조제: 0.1 M NaOH 용액 1000 mL를 조제하기 위해서는 순수한 NaOH 시약 4.0 g이 필요하다.{0.1`mol`NaOH} over {1`L`NaOH``용액} TIMES {40.00g`NaOH} over {1`mol`NaOH} `=`4.0g`NaOH 만일 순도 93%의 NaOH 시약을 사용하여 0.1 M NaOH 용액 1000 mL를 조제한다면, 다음과 같이 NaOH 시약 4.30 g을 취하여 용량플라스크(1000 mL)에서 녹인 후 눈금선까지 묽힌다.{0.1`mol`NaOH} over {1`L`NaOH``용액} TIMES {40.00g`NaOH} over {1`mol`NaOH} TIMES {100g`NaOH`시약} over {93g`NaOH} =`4.30g`NaOH`시약- 0.1 M NaOH의 표정: NaOH는 공기 중의 이산화탄소를 흡수하여 탄산염을 만드는 경향이 강하기 때문에 이를 감안하여 증류수는 약 5분간 끓여 이산화탄소를 날려보낸 것을 사용하고, 조제한 NaOH 용액은 뚜껑을 밀폐하여 이산화탄소와의 접촉을 피해야 한다.(CO₂관)

자연과학| 2025.06.01| 6페이지| 1,000원| 조회(105)

산, 적정, 염기, 예비레포트

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