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평형상수와 용해도곱

평형상수와 용해도곱 상수의 결정√ 화학평형 (Chemical Equilibrium)가역반응에서 정반응의 속도와 역반응의 속도가 평형인 상태를 화학평형이라 한다. 생성물과 반응물이 일정한 비율로 존재하는 상태의 경우, 외부에서 관찰시, 반응이 정지된 것처럼 보인다. 이 것을 화학반응이 평형에 도달하였다고 한다. 이러한 현상이 나타나는 이유는 반응물이 생성물로 전환되는 속도와 생성물이 반응물로 전환되는 속도가 같기 때문이다. 따라서 평형상태는 정지된 것이 아니고 정반응과 역반응이 계속 진행되는 상태지만 두 반응의 속도가 같은 상태이다. 반응계가 일단 평형상태에 도달하면 외부 조건이 변화하지 않는 한 그 이상 변화하지 않는데, 외부 조건의 변화에 따른 평형의 이동은 르샤틀리에의 원리를 적용하여 예측할 수 있다. “평행상태에 있는 계에 압력을 가하면 평형은 이 압력을 감소시키는 방향으로 이동한다.”- 1) 균일평형 ; 반응이 평형을 이루었을 때 반응에 관여된 모든 물질들이 같은 상(기체, 액체, 고체)이 되는 평형상태- 2) 불균일평형 ; 반응이 평형을 이루었을 때 반응에 관여된 모든 물질들 중, 최소한 하나라도 상이 다른 상태 (ex ; 고체-액체 공존 -> 과포화상태)√ 평형상수 (Equilibrium Constant)일반적으로 다음과 같은 평형 aA + bB + cC + … ↔ lL + mM + nN + … 은 질량작용의 법칙에 의해서k = [L]^l x [M]^m x [N]^n ①[A]^a x [B]^b x [C]^c이라는 식이 성립된다. 가역 반응이 진행되면 궁극적으로 반응은 평형에 이르게 되며, 이 반응이 평형에 도달하였을 때의 각 화학종들의 농도(정확히는 활성도)를 각각 [A], [B], [C], [D] 로써 나타내며, k를 이 반응의 평형상수라고 한다. 평형상수는 온도가 일정하면 변하지 않으나, 절대온도 T의 함수의 온도를 올리면, 평형은 왼쪽으로 치우치고 또 흡열반응에서는 오른쪽으로 치우치게 된다. aA + bB + cC + dD 반응이 평형상태에 도상태를 과포화 용액이라고 한다.용해도곱 상수(Solubility product, Ksp)란 고체염이 용액내에서 녹아 성분 이온으로 나뉘는 반응에 대한 평형상수를 말한다. 몰과 농도를 정확히 알고있는 NaOH용액에 고체 수산화칼슘을 넣어 과포화 시킨 후, 남은 Ca(OH)₂를 거른 용액을 HCl 표준용액으로 적정하여 용액에 포함된 Ca(OH)₂ [OH?]와 NaOH를 알 수 있고, Ksp를 구할 수 있다.√ 공통이온효과와 흡광도와 비색법약한 전해질의 이온화 평형도 외부조건에 따라 평형이 이동한다. 완충용액에서 약한산이 이온화하면 거기에 들어있는 약한산 염기가 이온화햐여, 약한산이 이온화하기 전의 평형상태로 돌아간다. 이와같이 같은 종류의 이온을 가하여 용액의 이온화 평형이 가해진 이온의 농도가 감소하는 방향으로 이동하여 새로운 평형상태가 되는 것을 공통이온효과라고 한다.흡광도는 용액의 농고, 용액의 두께에 비례한다.l(표준) X C (표준) = l′(평형) X C′(평형)∴ C′(평형) = l(표준) X C(표준)l′(평형)비색법이란, 시료기체를 흡수액에 통과시켜 발색하면 그대로, 발색하지 않으면 발색시약을 가하여 비색정량을 하는 방법을 말한다.목표 : 색깔을 비교하는 방법으로 착이온의 농도를 알아내어 착이온 생성 반응의 평형상수를 결정하고, Ca(OH)2 포화 용액에 공통이온 효과를 이용해서 용해도곱 상수를 결정한다.원리:반응물을 섞어서 적당한 조건을 만들어주면 생성물이 만들어지기 시작하고, 이런 반응은 시간이 지나면 더 이상 반응이 진행되지 않는 평형(equilibrium)에 도달하게 된다. 평형일 때 실제로는 반응이 진행되지 않는 것이 아니고, 생성물이 만들어지는 정반응과 생성물이 다시 반응물로 되돌아가는 역반응이 정확하게 같은 속도로 일어나는 것이다. 화학반응이 평형에 도달했을 때, 반응물과 생성물의 농도는 일정한 관계를 갖게 된다. 평형에서 반응물과 생성물의 상대적인 양의 비는 평형상수(equilibrium constant)로 나타낼 수 있다. 평형상수나타낼 수 있다.과량의 수산화 칼슘을 물에 넣어 포화용액을 만들면 용액 속에서 다음과 같은 평형이 이루어진다.Ca(OH)2(s) ? Ca2+(aq) + 2OH-(aq)이 반응의 평형상수인 용해도곱 상수는 다음과 같이 표현된다.Ksp = [Ca2+][OH-]2이 경우에 녹지 않고 남아있는 고체 수산화 칼슘은 화학포텐셜이 일정하기 때문에 평형에 영향을 미치지 않아서 평형상수에 포함시킬 필요가 없으며, 용해도곱 상수는 온도에 따라 다른 값을 갖는다. 용해도곱 상수는 일정한 양에 녹을 수 있는 용질의 양을 나타내는 “용해도”(solubility)와 같은 의미를 갖지만 물에 잘 녹지 않는 용질의 특성을 나타낼 때 유용하게 사용된다.수산화 칼슘의 포화용액에 OH-을 더 넣어주면 평형이 왼쪽으로 이동하면서 Ca2+의 농도가 감소하고 Ksp는 일정한 값을 유지한다. 이러한 효과를 공통이온 효과라고 한다. 이 실험에서는 농도를 알고 있는 NaOH 용액에 수산화 칼슘을 포화시킨 후에 용액 속에 남아있는 OH-의 농도를 염산 표준 용액으로 적정해서 결정한다.시약 및 기구100 × 20 mm 시험관, 눈금실린더(10 mL, 25 mL), 드롭퍼, 그래프 용지, 테이프, 시험관 대, 비커(100mL), 삼각플라스크(100 mL), 뷰렛(50 mL), 뷰흐너 깔때기, 감압플라스크, 온도계, 거름종이0.2M Fe(NO3)3, 0.002M KSCN, 0.10M/0.050M/0.025M NaOH, 0.10M HCl, Ca(OH)2, 페놀프탈레인 지시약실험방법실험 A. 평형상수의 결정1) 5개의 시험관에 번호를 붙여서, 0.002M KSCN 용액 5 mL씩을 넣는다.2) ①번 시험관에 0.2M Fe(NO3)3 용액 5.0 mL를 넣고 잘 흔들어 준다. 이 시험관의 SCN-는 모두 FeSCN2+로 변환되었다고 생각하고 표준용액으로 사용한다.3) 0.2 M Fe(NO3)3 10 mL를 25 mL 눈금실린더에 넣고, 증류수를 가해서 전체 부피가 25 mL가 되도록 한다. 용액을 비커에 옮겨서 잘 상수의 결정1) 깨끗하게 씻어서 말린 100 mL 비커 4개에 각각 증류수, 0.10 M, 0.050 M, 0.025 M NaOH 용액을 50 mL씩 넣는다.2) 각 비커에 약숟가락으로 반 정도의 Ca(OH)2 고체를 넣고 10분간 잘 저어서 평형에 도달하도록 한다.3) 각 비커의 용액을 뷰흐너 깔때기를 이용해서 감압하여 거르고, 거른 액을 따로 보관한다.4) 거른 액 25 mL를 눈금실린더로 취해서 100 mL 삼각플라스크에 담고, 페놀프탈레인 지시약 2～3 방울을 가한 다음에 0.10 M HCl 표준 용액으로 적정한다.실험 자체가 잘못되었다기보다는 실험의 스킬이 부족해서 결과가 엉성하게 나온것으로 생각이 됩니다.무슨 의미냐면, 용해도곱 상수결정과 같은 실험을 할 때는 어느시점이 중화되었는지 적정값을 알기가 굉장히 힘듭니다. 그래서 적정액을 한꺼번에 부어서 중화점을 찾는게 아니라 아주 조금씩 가한 후 평형이 될 때까지 몇초간 기다린 후 다시 적정액을 가하는 식으로 반복해서 작업을 해야하는데 실험을 빨리하고 레포트를 빨리써야 하니까 적정액을 마구잡이로 쏟아 부어 어떤것은 과적정 한 것도 있을 것으로 생각이 됩니다.그리고 또 하나는 실험 스킬이 부족한 사람들에게는 적정액의 규모가 10ml이하로 나오는 것은 실험의 상대 오차를 크게 나오게 할 수가 있기 때문에 농도를 크게 해서 적정액이 50ml이하로 나오게 한다면 더 정확한 실험을 할 수 있으리라 생각이 듭니다.5. 결과①시간의 함수로 산소 발생량을 측정하여라.ⓐ ( KI : 0.15M ) : 3%의 과산화수소용액과 KI 0.15M의 반응에서 발생하는 산소의 량을 매초 마다 측정하여 수위를 읽어서 데이터값을 측정하는 것 이다.시간(s)*************32눈금변화(mL)1.52.12.53.13.43.84.44.85.3시간(s)36404*************눈금변화(mL)5.76.26.67.17.57.98.38.79.2시간(s)7*************눈금변화(mL)9.59.810.310.711.111.51 기울기를 구하면 그 기울기값이 반응상수 K값이다.시간(s)*************32ln CA00.01530.02770.04020.05610.07220.08870.09870.1121시간(s)36404*************ln CA0.12920.14310.15370.17150.1860.20070.22310.24610.2696시간(s)7*************100104ln CA0.28970.31410.3310.35670.37860.40090.42380.44250.4664시간(s)108ln CA0.4859KI 0.3M용액의 ln CA6. 고찰이번 실험은 화학반응 속도로 처음부터 결과치가 잘 안나온다는 얘기가 많이 돌 아서 걱정을 했습니다. 그리고 바로 실험을 시작했습니다. 그래도 실험방법은 그다지 어렵지 않은 것 같았습니다. 실험방법은 그저 산소발생으로 인한 수위 변화량을 적고 그 변화량을 ln{(-)/(-)} 식으로 계산하여 직선형이 나 오는지 그래서 반응 속도가 일정한지 알아보는 실험이었습니다. 책을 읽으며 실 험을 해보았는데 반응이 그렇게 빨리 일어나는지 몰라서 천천히 하다가 반응이 끝난 후에 재기 시작하여 제대로 하지 못했고 그리고 방법이 잘 이해되지 않아서 앞에 실험을 했던 조원들에게 물어서 다시 제대로 실험을 시작하게 됐습니다. 그 런데 실험을 해보니 도저히 둘이서는 할 수 없었습니다. 그 이유는 눈금을 재야 하고 수위조절 용기로 수위를 조절하고 시간을 재고 적어야 하기 때문에 둘이서 는 도저히 되지 않아서 실험이 끝난 다른 조원들의 도움을 받아서 기다리다가 실 험을 시작했습니다. 도움을 받아서 하는데도 4초 간격으로 결과치를 적는 것이 읽고 적고 시간재고 세 명이서 해도 쉽지 않았습니다. 처음에는 결과치가 말도 안되게 크게 나와서 생각을 해보니 수위조절 장치를 이용해서 수위를 평형으로 맞출 때 조절을 제대로 하지 못해서 결과치 폭이 크게 나타난 것 같았고 그럼으 로 계속 반복을 했는데 결과치가 자꾸 이상하게 나와서 어떻게 할지 고민하다가 다시 집중다.

자연과학| 2010.10.25| 10페이지| 1,000원| 조회(228)

화학, 용해도곱, 화학상수, 평형상수와 용해도곱

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