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화학평형상수 측정 (사전보고서)

실험 23. 화학평형상수 측정1. 실험제목화학평형상수 측정2. 실험목적반응속도론에서는 반응물이 생성물로 전환하는 비율에 영향을 주는 인자들에 관하여 관찰하였다. 이 실험에서는 여러 가지 다른 실험조건하에서 얼마나 많은 생성물이 평형에 의해 얻어지는가를 다룰 것이다. 원리상 반응속도와 평형간의 관계는 비교적 간단하다. 어떤 화학반응계의 생성물이 반응하여 출발물질을 생성할 수 있을 때, 이 변화를 가역적이라고 부른다. 가역적인 화학반응에서 정반응과 역반응이 같은 속도로 진행될 때 화학평형이라는 한 조건이 존재하게 된다. 평형상태를 확립하는데 관련되는 여러 인자들을 이해한다는 것은 많은 과학 연구에 중요하다. 유용한 화합물을 대량 제조하려는 화학자 및 화학공학자는 역반응의 영향을 극소화하는데 관심을 갖는다. 살아있는 유기체에는 그 생명체의 건강 유지에 관련된 많은 화학평형이 존재한다. 예를 들면 혈액의 산성(또는 알칼리성)이 여러 가지 가역반응에 의하여 매우 좁은 범위 내에서 유지되고 있다. 또한 복잡한 광합성 과정에서도 수많은 평형이 관련된다. 그러므로 의학자, 약리학자, 생화학자, 식물 및 토양학자들은 식물, 동물을 보다 건강하게 관리하는데 관련되는 여러 문제를 해결하려는 그들의 노력에 있어서 항상 평형 과정을 연구하게 된다.3. 기구 및 시약50mL뷰렛, 5mL피펫, 300mL 삼각플라스크, 수욕, 시험관 5개, 초산, 에탄올, 1N NaOH 표준액, 3N 염산, 페놀프탈레인4. 이론* 화학 평형많은 반응을 통해서 볼 때 반응물이 100% 생성물로 전환되지 않고 생성물과 반응물이 일정한 비율로 존재하는 상태의 경우, 외부에서 관찰했을 때 반응이 정지된 것처럼 보인다. 이러한 경우 화학반응이 평형에 도달하였다고 한다. 이러한 현상이 나타나는 이유는 반응물이 생성물로 전환되는 속도와 생성물이 반응물로 전환되는 속도가 같기 때문이다. 따라서 평형 상태는 정지된 것이 아니고 정반응과 역반응이 계속 진행되는 상태이지만 두 반응의 속도가 같은 상태이다.* 화학 평형상태가역반응에서 정반응속도와 역반응의 속도가 같아져서 외관상 반응이 정지된 것처럼 보이는 상태* 평형상태의 성질① 반응물질과 생성물질이 동시 존재한다.② 화학반응식의 계수비와 물질의 농도비는 무관하다.③ 외부조건이 달라지면 새로운 평형상태에 도달한다.- 반응물과 생성물의 농도가 달라진다.④ 외부조건이 같으면 항상 같은 평형상태에 도달한다.- 생성물질과 반응물질의 농도는 외부 조건이 변하지 않으면 항상일정하다.⑤ 반응의 속도를 알 수는 없다.* 화학 평형의 이동에 영향을 미치는 요인① 농도의 영향② 압력의 영향③ 온도의 영향④ 촉매의 영향* 정반응가역반응인 화학반응에서 반응물질로부터 생성물질로 가는 반응.질소와 수소가 반응하여 암모니아를 생성하는 반응은 N2+3H2 ↔ 2NH3의 반응식으로 나타낼 수 있다. 이 반응식에서 양방향 화살표(↔)의 의미는 조건에 따라 반응이 양방향으로 다 진행될 수 있음을 뜻하며, 이러한 반응을 가역반응이라고 한다. 가역반응 중에서 오른쪽으로 가는 반응, 한 분자의 질소와 세 분자의 수소가 반응하여 두 분자의 암모니아를 만들어내는 반응을 정반응이라고 한다.* 정반응에서 평형상수와의 관계정해진 온도에서 모든 반응은 정해진 평형상수를 가지며, 평형에 가까워지려는 반응을 나타내게 된다. 특정 온도에서 암모니아 생성 반응식의 평형상수가 K라는 값을 가진다고 가정했을 때, 같은 온도에서 실제 반응의 반응지수 측정값으로 Q라는 값을 측정했다고 하면, Q의 값은 K에 가까워지려는 움직임이 생기게 된다. 만일 측정결과 Q가 K보다 작은 값을 가진다면, Q가 커져서 K에 가까워지려는 반응이 일어날 것이다. Q값이 커지기 위해서는 반응물질이 줄어서 생성물질이 증가하는 반응이 일어나야 하므로 정반응이 일어나게 된다. 즉, Q

공학/기술| 2009.09.29| 8페이지| 1,000원| 조회(695)

평형상수, 화학평형상수, 화학평형상수 측정

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반응열 측정 (사전보고서)

실험 22. 반응열 측정1. 실험제목반응열 측정2. 실험목적산과 염기의 중화 반응을 이용해서 엔탈피가 상태함수임을 확인한다.※ 핵심개념 : 엔탈피, 상태함수, 헤스의 법칙, 반응열, 생성열관련개념 : 비열용량3. 이론엔탈피 : 어떤 물질이 일정한 압력에서 생성되는 동안에 그 물질 속에 저장된 열에너지를 엔탈피라고 하고 기호 H로 표시한다. 엔탈피는 직접 측정할 수 없으나 압력이 일정할 때 반응열의 출입을 측정함으로 엔탈피의 변화를 계산할 수 있다.상태함수 : 상태함수는 처음상태와 나중상태에만 값이 변하며 반응이 일어난 경로와는 무관하다.경로함수 : 반응이 일어난 경로와 관계가 있다.비열용량 : 단위 질량의 물질 온도를 1도 높이는데 드는 열에너지를 말한다.헤스의 법칙 : 물리적 또는 화학적 변화가 일어날 때 어떤 경로를 거쳐 변화가 일어나든지 관계없이 반응에 관여한 총 열량은 보존된다는 법칙으로서 에너지 보존 법칙의 한 형태다. 헤스의 법칙을 이용하면 실제로는 일어나지 않는 반응에 대해서도 관여하는 에너지가 얼마인지를 계산해 낼 수 있다.열량계 : 주로 물질의 비열이나 숨은열, 연료의 발열량을 측정하는 데 사용한다. 다양한 형태의 열량계를 사용하더라도 열량계의 열용량을 얻는 과정이 필요하다. 방출되는 연소열은 줄 단위로 계산한다.※ 열용량의 계산고열원이 방출한 열량 = 저열원이 흡수한 열량고열원의 열용량 × (처음 온도 - 평형온도)= 저열원의 열용량 × (평형온도 - 처음온도)대부분의 경우 화학 반응이 진행되면 주위에서 열을 흡수하거나 주위로 열을 방출하게 된다. 화학 반응에서 출입하는 열의 양은“열량계”라는 장치를 사용해서 측정할 수 있다. 정밀한 측정을 위한 열량계는 그 구조가 상당히 복잡하지만, 단열이 잘 되는 보온병이나 스티로폼으로 만든 컵이나 단열된 플라스크 통을 간단한 열량계로 사용할 수도 있다.열량계를 이용하기 위해서는 열량계의 비열용량 C와 열량계의 질량을 먼저 알아야 한다. 비열 용량은 1g 물질의 온도를 1℃ 변화시키는데 필요한 열의 양을 나타낸다. 따라서 비열용량이 C (J/ ?g) 인 물질 Wg의 온도가 △T( ?)만큼 변화했을 때 출입한 열의 양 Q(J)는 다음과 같이 계산 할 수 있다.Q= CW△T(1)“우주의 에너지는 일정하다.”는 열역학 제1법칙은“에너지”U와“엔탈피”H라는 열역학적 양을 정의한다. 계가 부피 팽창에 의한 일 만을 할 수 있는 경우에 계의 상태 변화에 의하여 출입하는 열의 양은 상태 변화의 조건에 따라 다음과 같게 된다.△U= Qv(2)△H= Qp(3)여기서 Qv, 와 Qp는 각각 일정한 부피와 일정한 압력에서의 상태 변화에서 출입하는 열의 양을 나타낸다. 상태 변화에 따라 출입하는 열의 양을 측정해서 알아낸 에너지와 엔탈피의 변화는 화학 반응의 평형 조건이나 자발적인 변화의 방향을 알아내는 중요한 정보를 제공하게 된다.엔탈피는 상태 함수이기 때문에 상태 변화에 따른 엔탈피 변화량, 즉 반응열은 변화의 경로에 상관없이 언제나 일정하다. 따라서 여러 단계를 거쳐서 화학 반응이 일어나는 경우에 각 단계에서의 반응열을 모두 합하면 반응 전체에서 일어나는 반응열과 같게 되며, 이것을“헤스의 법칙”이라고 부른다.예를 들어서, 탄소를 산소와 함께 태우면 이산화탄소가 만들어지고 상당한 양의 열이 방출된다. 이산화탄소가 만들어질 때의 반응열은 충분한 양의 산소와 함께 연소시키면서 방출되는 열의 양을 측정하면 쉽게 얻을 수 있다.C + O2 → CO2△H= -393.5kJmol-1한편 일산화탄소를 산소와 함께 태우면 역사 열이 발생하면서 이산화탄소가 생성된다.CO+ 1/2O2 → CO2△H2 = - 283.0kJmol-1그러나 산소의 양이 부족할 때의 불완전 연소에서 만들어지는 일산화탄소 생성 반응의 반응열을 실험으로 직접 측정하기는 매우 어렵다. 이산화탄소가 생성되는 것을 완전하게 막기가 쉽지 않기 때문이다. 이런 경우에 헤스의 법칙을 이용하면 일산화탄소의 생성열을 쉽게 알아낼 수 있다.C + 1/2O2 → CO△H1 = △H - △H2 = -110.5kJmol-1이 실험에서는 강염기인 수산화나트륨과 강산인 염산의 중화반응을 다음과 같이 두 가지 방법으로 진행시키면서 반응열을 측정하여 헤스의 법칙이 성립하는 것을 확인한다. 고체 수산화나트륨을 염산에 넣으면 중화 반응이 일어나고, 이때의 반응열을 △H4라고 부르기로 한다.(반응 1)NaOH(s) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H20(l)△H4수산화나트륨과 염산의 중화 반응은 다음과 같이 두 단계로 일어나게 만들 수 있다. 즉, 고체 수산화나트륨을 먼저 물에 녹여서 NaOH수용액을 만들고 (반응 2), 그 수용액을 염산으로 중화시킨다. (반응 3).(반응 2)NaOH(s) + H2O(l) → NaOH(aq)△H5(반응 3)NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)△H6반응 2와 반응 3에서의 반응열을 각각 △H5와 △H6으로 부르기로 하면, 헤스의 법칙에 따라서

공학/기술| 2009.09.29| 6페이지| 1,000원| 조회(836)

반응열, 반응열 측정

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실험실에서의 주의사항

< 실험실에서의 주의사항>- 실험실에서는 누구를 막론하고 다음과 같은 주의 사항을 반드시 지켜, 안전사고를 예방하여야 한다.1. 실험실에서는 각자의 의복을 보호하기 위하여 실험복을 반드시 착용하여야 한다.2. 실험실에서는 허가되지 않은 실험을 하여서는 안 된다.3. 실험실에서는 정숙을 유지해야 한다.4. 실험실 내에서는 NO SMOKING, NO EATING하여야 한다.5. 실험실의 창문을 열고, 환풍기와 후드를 작동시켜 실험실의 통풍이 잘 되도록 유의한다.6. 실험에 필요한 책이나 필기구 외의 모든 것은 실험대 위에 올려놓지 않는다.7. 실험을 시작하기 전에는 실험 목적에 따른 실험 계획을 확인하여 준비를 해야 한다.8. 시약의 냄새를 맡고자 할 때는 손으로 증기를 끌어다 냄새를 맡아야 한다.9. 시험관을 사용하여 가열하거나, 반응을 일으킬 때는 시험관의 입구가 주위에 있는 다른 학생이나 자신에게 향하지 않도록 하여야 한다.10. 유리관을 취급하는 경우에는 장갑을 착용하거나 수건을 사용하여야 한다.11. 시약병에서 시약을 덜어 낼 때에는 반드시 라벨(Label)을 확인한 후 덜어내고, 깨끗한 용기에 담는다. 또한 필요이상의 양을 취하지 말고, 쓰고 남은 시약이 있을지라도 절대로 원래의 시약병에 다시 넣지 않는다.12. 용액을 사용한 후 버릴 때는 반드시 주의하여 버려야 한다. 농도가 진한 산, 염기들은 어느 정도 묽게 한 다음 일정한 장소에 버려야 하는데, 이때 물을 산에 부으면 안 된다. 그리고 고형물인 종이류, 유리, 고무, 코르크 등의 조각들은 배수구에 버리지 말고 쓰레기 통에 버려야 한다. 따라서 사용한 물질을 버릴 때에는 그 물질의 성질을 파악하여 어떻게 처리하는 것이 가장 안전한 방법인가를 생각하여야 한다.

공학/기술| 2009.09.29| 1페이지| 1,000원| 조회(1,069)

실험실, 실험실주의사항

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