평형상수구하기화학실험 2조

실험목표

1

2 3

염화철과싸이오사이안산칼륨의반응을이용한실험을통해화학 평형이동적평형상태임을이해할수있다.

화학평형에서평형상수개념을이해하고실험을통해계산할수 있다.

실험을통해평형상수를구하는활동을함으로써발견의기쁨을느낄수 있다.

실험소개

화학평형 평형상수, 반응지수 르샤틀리에의원리 염화철과싸이오사이안산칼륨의반응

𝑭𝒆𝟑+ 𝒂𝒒 + 𝑺𝑪𝑵− 𝒂𝒒↔ 𝑭𝒆𝑺𝑪𝑵𝟐+

화학평형이란가역반응에서정반응의속도와역반응의속도가같은상태.

반응물이생성물로바뀌는속도가같다. 따라서평형상태는외견상정지된것처럼보이지

만정반응과역반응이계속진행되는상태이다.

화학 평형

𝐻2 + 𝐼2 → 2𝐻𝐼 2𝐻𝐼 → 𝐻2 + 𝐼2

초기반응물농도에상관없이화학반응은항상평형상태를이루려는방향으로진행한다.

평형상수는화학평형의법칙으로부터유도된것으로생성물의몰농도곱과반응물의

몰농도곱의비이다. 평형상수가크면정반응이활발하여생성물질이많이존재하는것

이고화학반응식의계수가변하면평형상수값도변한다. 평형상수는온도만의함수로

서압력이나농도에는영향을받지않는다.

평형상수

𝑎𝐴 + 𝑏𝐵 → 𝑐𝐶 + 𝑑𝐷일때, 𝐾 =[𝐶]𝑐[𝐷]𝑑

[𝐴]𝑎[𝐵]𝑏로나타낸다.

표현하는법은평형상수와같지만, 평형상수는평형을이룬상태에서의 A, B, C, D의

농도로나타내어진값이고, Q는어떤 물질이평형상태이든그렇지않든그물질의농

도를대입해서표현한값이다. 반응지수와평형상수의차이에따라반응이어디로진행

될지가 결정된다.

반응지수

𝑄 =[𝐶]𝑐[𝐷]𝑑

[𝐴]𝑎[𝐵]𝑏

르샤틀리에의원리

열역학적으로평형상태에있는계에외부로부터어떤작용이가해졌을때, 평형은그

작용에의한영향을약화시키는쪽으로변화한다.

2𝐻𝐼 ↔ 𝐻2 + 𝐼2에서𝐻2를첨가했을때

첨가된수소가조금줄어들고새로운평형상태에도달한다.

염화철과싸이오사이안산칼륨의반응

염화철용액(III)(FeCl3)용액과싸이오사이안산 칼륨(KSCN)용액을섞

으면 붉은 색의 착이온인 𝑭𝒆𝑺𝑪𝑵𝟐+이 생성된다.

𝑭𝒆𝟑+(𝒂𝒒) + 𝑺𝑪𝑵−(𝒂𝒒) ↔ 𝑭𝒆𝑺𝑪𝑵𝟐+

실험기구

약포지

시험관, 시험관대

부피 실린더

비커

피펫

염화철(FeCl3)

비중: 2.804(11℃)

녹는점 ∶ 300℃ 끓는점 ∶ 317℃

염화제이철이라고도 하며, 화산의 분출물 또는 운석속에서 발견된

다. 암적색 결정으로 조해성이 있고, 녹는점 300도, 끓는점 317

도, 11도에서 비중 2.804이다. 물, 알코올, 아세톤 등에서 잘 녹

으며, 유기반응의 산화제 축합체, 매염제 등으로도 사용된다.

수화물은 FeCl3*6H2O로 황갈색 결정으로, 조해성이 강하며,

녹는점 36.5도며, 물에 잘 녹는다.

싸이오사이안산칼륨(KSCN)

황사이안화칼륨 등이라고도 한다. 무색 결정으로 물 100g에 20

도에서 217g 녹는다. 아세톤, 알코올, 아밀알코올 등에도 녹는

다. 조해성을 가지며, 3가 철 이온과 작용하여 물에 잘 녹는 붉은

색 싸이오사이안산 철을 생성한다.

분자량 ∶ 97.18𝑔/𝑚𝑜𝑙

비중: 1.886

녹는점 ∶ 172.3℃

염화암모늄(NH4Cl)

보통은 무색의 정육면체 결정으로, 분자량은 53.5, 비중은

1.53(17도)이다. 고체를 가열한면 융해하지 않고 337.8도에서

승화하여 기체가 되지만, 기체 속에서는 분해하여 HCl과 NH3

로 존재한다. 약간 흡습성이 있고 물에는 잘 녹는다. 알코올에 녹

으나, 아세톤과 에테르 등에는 잘 녹지 않는다. 암모니아와 염산

의 중화, 황화암모늄과 식염의 복분해 등에 의해서 얻을 수 있다.

분자량 ∶ 53.5𝑔/𝑚𝑜𝑙비중: 1.53(17℃)

1 탐색하기

1. 염화철 용액과 티오시안산칼륨 용액으로 다음과 같이 실험을

진행해보자.

2. 0.05M의 KSCN 용액 1mL, 0.1의 FeCl3 용액 1mL를

넣고, 증류수 20mL를 참가한다.

3. 24홈판에 1, 2, 3 번호를 매긴다.

4. 1, 2, 3번의 홈에 실험1 에서 제조한 용액을 1mL씩 담는다.

5. 1번에는 실험1의 용액 10방울, 2번에는 0.1M의 FeCl3 용

액 10방울, 3번에는 NH4Cl 가루를 소량 담는다.

6. 1, 2, 3번 용액의 색을 비교해 보자.

2 평형상수구하기

1. 4개의 시험관에 1, 2, 3번 번호를 매긴다.

2. 각각의 시험관에 0.01M KSCN 용액을 1mL씩담는다.

3. 1, 2, 3 시험관에 각각 0.05M, 0.02M, 0.01M의 FeCl3용액을 1mL씩

담는다.

4. FeSCN(2+) 표준 용액 제조하기 : 비커에 0.01M KSCN 용액 5mL와

0.1M FeCl3 용액 5mL를담는다. 표준 용액의 농도를 구해보자.

5. 1번 시험관과 빈 시험관을 나란히 놓고 1번과 색이 같아질 때까지 빈 시험관

에 표준 용액을 담는다.

6. 각각의 시험관에실험 5의 과정을 반복한다.

7. 각 시험관에 담긴 시료의 길이를 측정하고, 결과를 기록한다.

𝑭𝒆𝟑+(𝒂𝒒) + 𝑺𝑪𝑵−(𝒂𝒒) ↔ 𝑭𝒆𝑺𝑪𝑵𝟐+

색 비교결과

1 2 3 평균

A1=3cm B1 2.70 2.70 2.60 2.67

A2=3cm B2 2.10 2.20 2.30 2.20

A3=3cm b3 1.70 1.50 1.60 1.60

시험관의내부반지름 : 0.48cm시험관밑부분반구길이 0.48cm

4

3(0.48)3×

1

2+ (3 − 0.48)𝜋 0.48 2~2.05565𝑚𝐿

4

3(0.48)3×

1

2+ (2.67 − 0.48)𝜋 0.48 2~1.81679𝑚𝐿

4

3(0.48)3×

1

2+ (2.20 − 0.48)𝜋 0.48 2~1.47659𝑚𝐿

4

3(0.48)3×

1

2+ (1.60 − 0.48)𝜋 0.48 2~1.04230𝑚𝐿

10𝑚𝐿: 0.00005𝑚𝑜𝑙 = 1.81679𝑚𝐿: 𝑥𝑚𝑜𝑙

𝑥1 = 0.00000908395𝑚𝑜𝑙

10𝑚𝐿: 0.00005𝑚𝑜𝑙 = 1.847659𝑚𝐿: 𝑥𝑚𝑜𝑙

𝑥2 = 0.00000738295𝑚𝑜𝑙

10𝑚𝐿: 0.00005𝑚𝑜𝑙 = 1.04230𝑚𝐿: 𝑥𝑚𝑜𝑙

𝑥3 = 0.0000052115𝑚𝑜𝑙

B1 부피:

B2 부피:

B3 부피:

A 부피:

B1 몰수:

B2 몰수:

B3 몰수:

0.01𝑀 𝐾𝑆𝐶𝑁 1𝑚𝐿 → 0.00001𝑚𝑜𝑙 𝐾𝑆𝐶𝑁

0.1𝑀 𝐹𝑒𝐶𝑙3 5𝑚𝐿 → 0.0005𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒𝐶𝑙3

→ 10𝑚𝐿 0.00005𝑚𝑜𝑙𝑭𝒆𝑺𝑪𝑵𝟐+

→ 10𝑚𝐿 0.00045𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒𝐶𝑙3

0.05𝑀 𝐹𝑒𝐶𝑙3 1𝑚𝐿 → 0.00005𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒𝐶𝑙3

→ 2𝑚𝐿 𝑭𝒆𝑺𝑪𝑵𝟐+평형농도 0.004541975𝑀

→ 2𝑚𝐿 𝐹𝑒𝐶𝑙3초기농도 0.025𝑀

0.00000908395𝑚𝑜𝑙 𝑭𝒆𝑺𝑪𝑵𝟐+

0.00001 − 0.00000908395 𝑚𝑜𝑙 𝐾𝑆𝐶𝑁

0.00005 − 0.00000908395 𝑚𝑜𝑙 𝐹𝑒𝐶𝑙3

→ 2𝑚𝐿 𝐾𝑆𝐶𝑁초기농도 0.005𝑀

→ 2𝑚𝐿 𝑲𝑺𝑪𝑵평형농도 0.000458025𝑀

→ 2𝑚𝐿 𝐹𝑒𝐶𝑙3평형농도 0.020458025𝑀

평형상수𝐾 =0.004541975

0.000458025×0.020458025~484

0.01𝑀 𝐾𝑆𝐶𝑁 5𝑚𝐿 → 0.00005𝑚𝑜𝑙 𝐾𝑆𝐶𝑁𝑭𝒆𝑺𝑪𝑵𝟐+ 표준용액(완전히반응했다가정)

시험관 1:

반응전

반응후

B 실험관에들어있는 𝑭𝒆𝑺𝑪𝑵𝟐+의몰수 -> B 실험관중간값에들어있는 𝑭𝒆𝑺𝑪𝑵𝟐+의몰수

§위에서본색이서로같으면부피와상관없이색을결정하는입자의수가같기때문.

1번 2번 3번

FeCl3의처음농도 0.025M 0.01M 0.005M

FeCl3의평형농도 0.020458025M 0.006308525M 0.00237425M

KSCN의처음 농도 0.005M 0.005M 0.005M

KSCN의평행 농도 0.000458025M 0.001308525M 0.00237425M

𝑭𝒆𝑺𝑪𝑵𝟐+의평행농도 0.004541975M 0.003691475M 0.00260575M

평형상수(K) 484 447 454

실험결과

처음보다색이진해지거나연해진이유?

𝟏번색이진해짐 → 𝑭𝒆𝑺𝑪𝑵𝟐+의 몰수가 증가했기 때문이다.

2번주황색으로변화→ 𝐹𝑒𝐶𝑙3을첨가했기 때문이다.

3번색이연해짐 → 𝐹𝑒𝐶𝑙3 𝑎𝑞 + 3𝑁𝐻4𝑆𝐶𝑁 ↔ 3𝑁𝐻4𝐶𝑙 𝑎𝑞 + [𝐹𝑒(𝑆𝐶𝑁)] 𝑆𝐶𝑁 2(𝑎𝑞)

𝑭𝒆𝟑+(𝒂𝒒) + 𝑺𝑪𝑵−(𝒂𝒒) ↔ [𝑭𝒆 𝑺𝑪𝑵 ]𝟐+

색이 계속연해지거나진해지지않는이유?

1번 : 같은용액을 첨가하는것이므로 색을결정하는이온의 수가많아져서 색이

계속 진해진다.

2번 : 𝐹𝑒𝐶𝑙3을 계속 넣어도 𝐾𝑆𝐶𝑁의 양이 한정되어 있으므로 색의 변화가점점

감소할 것이다.

3번 : 𝑭𝒆𝑺𝑪𝑵𝟐+의 양이 한정되어 있어 생성될 수 있는 𝐹𝑒𝐶𝑙3의 양이한정되어

있어 일정수준까지만변해질 것이다.

평형상수값비교

484

461.67

447454

K1 K2 K평균K3

실험결과에대한고찰

각 조마다 만들었던 표준용액이 잘못 만들었을 것이다.

실험기기의 오차

실험실의 온도 변화

눈대중이란 불정확함(인간의 눈은 정확하지 않음)