북일고 화학실험 산과 염기의 반응

산과염기의반응1조차준우, 남효원, 박준범, 정태훈

실험목표

1. 산과염기의중화반응을이해하고표준용액을만들수있다.

2. 용액의몰농도를구하고중화반응실험에이용되는도구의사용법을익힌다.

3. 중화반응을이용하여미지용액의몰농도를구할수있다.

+ 지시약에대해알아보고산과염기에따라색이변하는이유를알수있다.

실험소개

몰농도용액 1L속에녹아있는용질의양을몰로나타낸것.(mol/L)

온도가같을때액체의경우부피측정이질량측정보다용이하다.

𝑐(몰농도) =

실험때사용한질량(𝑔)

분자의 1몰당질량(분자량)

𝑉(부피:단위 𝐿)

표준용액농도를정확하게알고있는용액으로다음과같은조건을가지고있어야한다.

1. 정제하기쉬워야한다.

2. 흡수, 공기중산화등의성질이없고오랫동안보관하여도변질되지않아야한다.

3. 반응이정량적으로진행되어야한다.

이번실험의표준용액은옥살산이수화물이다.

산, 염기(일반적정의)산 염기

맛 : 신맛 맛 : 쓴맛

리트머스(청->적), BTB(황색), 메틸오렌지(붉은색) 리트머스(적->청), BTB(주황), 페놀프탈레인(붉은색)

이온화경향이큰금속과반응->H2 촉감 : 미끈미끈함

염기와중화 산과중화

수용액은전해질-> 전류가잘통함

예)옥살산, HCl, 아세트산 예)NaOH, NH4

산, 염기(개념적정의)

아레니우스의정의 브뢴스테드-로우리의정의 루이스의정의

산: 물에녹아수소이온의농도를증가시키는물질

염기: 물에녹아수산화이온의농도를증가시키는물질

산: 다른물질에양성자를줄수있는물질(양성자주개)

염기: 다른물질에양성자를받을수있는물질(양성자받개)

산: 염기로부터전자쌍을받음으로공유결합을형성할수있는물질

염기: 공유결합을할수있는비공유전자쌍을가진물질

예) 𝐻𝐶𝑙 + 𝐻2O = 𝐻3𝑂+ + Cl

𝑁𝑎𝑂𝐻 = 𝑁𝑎+ + 𝑂𝐻−예) 𝑁𝐻3+𝐻2𝑂 = 𝑁𝐻4

+ + 𝑂𝐻−

𝐻𝐶𝑙 + 𝐻2O = 𝐻3𝑂+ + Cl

중화반응산과염기가반응하여물과염이생성되는반응으로, 알짜이온식은다음과같이수소 1몰과수산화이온 1몰이생성되는것으로나타낼수있다.

𝑁𝑎𝑂𝐻 + 𝐻𝐶𝑙 → 𝑁𝑎𝐶𝑙 + 𝐻2𝑂 알짜이온식: 𝑂𝐻− + 𝐻+ → 𝐻2𝑂

중화반응을산의가수, 산의몰농도, 염기의부피를사용하여나타내면다음과같다.

(산의가수)*(산의몰농도)*(산의부피)=(염기의가수)*(염기의몰농도)*(염기의부피)

이러한관계식을이용하면농도를알고있는산의표준용액으로농도를알지못하는미지의염기를적정하여그농도를밝혀낼수있다.

중화적정산 또는 염기의 표준용액을 사용하여 농도를 알 수 없는 염기 또는 산을 적정

함으로써 정량분석하는 방법이다.

화학반응 중에서 중화반응은 매우 신속하게 진행되고, 산염기 지시약에 의해

서 중화점을 쉽게 알 수 있기 때문에 산 또는 염기를 정량할 수가 있다.

산의 표준용액을 사용하여 염기를 적정하는 염기적정과, 염기 표준용액을 사

용하여 산을 적정하는 산적정이 있으며, 산염기적정이라고도 한다. 산의 표준

용액으로는 염산 또는 황산을 사용하고, 염기의 표준용액으로는 수산화나트

륨 또는 수산화바륨 등을 사용한다.

시약

옥살산(수산)((𝐶𝑂𝑂𝐻)2∙ 2𝐻2𝑂)외관 : 백색결정

밀도 : 1.653g/cm3

분자량: 126.07

카복시산(COOH)의일종이며, 다이카복시산중가장간단한형태이다.

옥살산은독성이있기때문에섭취하거나피부에묻을시화상, 염증을유발할수있다.

그래서피부에묻었을때는많은양의물로씻은뒤에황산마그네슘용액이나소석회용액으로씻고, 특히마셨을때는즉시마그네시아밀크(산화마그네슘)를준다.

수산화나트륨(NaOH)분자량 : 39.997g/mol

수용액상태에서강염기를띤다.

순수한수산화나트륨은흰색고체이고, 대기중에서수증기와이산화탄소를흡수한다. 온도와무관하게물에잘녹는다. 섬유와종이에노란얼룩을남긴다.

고체수산화나트륨이나고농도의수산화나트륨수용액은화학적화상을유발할수있으며영구적인상처나실명을유발할수있다.

페놀프탈레인PH에따른색변화: 산성용액- 무색, 염기성용액(Ph 9이상)- 붉은색

산,염기적정시지시약으로사용.

실험기기

부피플라스크

비커

뷰렛

피펫필러(슬라이딩방식)

피펫

약수저

자석

Magnetic stirrer(교반기)

스탠드

실험과정

실험을하기전실험도구를준비하고, 깨끗이닦아산이나염기성분이용기에남아있지않도록한다.

옥살산의질량측정후수용액의부피측정

수산화나트륨수용액제조

수산화나트륨수용액을뷰렛에채움

측정

중화적정진행

중화적정완료

실험결과

NaOH 1차 2차 3차 4차 5차

적정전부피 11.31 20.82 31.00 39.45 13.17

적정후부피 20.82 31.00 39.45 48.82 22.48

부피차이(오차율%) 9.51 10.18 8.45 9.37 9.31

최대, 최솟값을제외한 3개의결과평균 : 9.39ml

실험결과

수산화나트륨의몰농도계산값=1mol/L

실험에서옥살산표준용액이중성이되기까지투하한수산화나트륨수용액의부피평균

=9.39ml

수산화나트륨수용액 1ml당몰수를 𝑥라두고, 옥살산은 2가산이므로몰수에 2배를하면,

0.0047617048 × 2 = 9.39𝑥 ∴ 𝑥 = 0.00101425

수산화나트륨수용액 1ml당몰수는 0.00101425이므로몰농도는 1.01425022mol/L이다.

수산화나트륨수용액의몰농도가 1로계산될때수산화나트륨부피 = 9.52ml

옥살산의몰농도 : 6

126.071

10

= 약 0.47619048mol/L

실험결과에대한고찰수산화나트륨수용액의몰농도가계산값보다측정값이더크게나왔다.

원인 : 수산화나트륨수용액의농도가더높다->

1. 수산화나트륨수용액을제조할당시수산화나트륨을더넣었다.

2. 수산화나트륨수용액의부피가적정량이되지않았다.

3. 기타실험도중다른요소가있어오차가생겼을것이다.

계산값과실험값차이의원인

1. 사람은완벽하지못해피펫으로옮길당시나비커에담아액체를측정할당시오차가생겼을것이다.

2. NaOH의조해성때문에 NaOH의질량이변화하고 1몰당질량이변화하여오차가생겼을것이다.

3. 피펫으로옥살산표준용액 10ml를자석교반기위의비커에옮길당시피펫끝에방울로옥살산표준용액이남아있어서정확히 10ml가옮겨지지않아오차가생겼을것이다.

왜옥살산수용액을여러번에나누어넣을까?

질량을측정한옥살산을한번에부피플라스크에옮기면될것같지만, 비커벽

면에뭍은옥살산을전부부피플라스크로옮기기위해서는한번으로는안되고

여러번증류수를넣고빼는작업을시행해야지만전부옮겨진다.

왜옥살산수용액을표준용액으로선택했을까?

수산화나트륨은공기중의이산화탄소를흡수해서농도가변하기쉽고보관할

때유리와반응하는경우도있다. 이때수산화나트륨의농도가변하는데, 수산

화나트륨의농도변화를측정하기위해사용하는것이프탈산수소칼륨, 옥살산

수소나트륨, 옥살산등인데이들은결정을쉽게만들어순수한상태로얻기가

쉽고보관이용이하여변질될가능성도적기때문에표준용액으로널리사용된

다. 즉표준용액을만들려면우선순도가높아야하고, 재결정을쉽게할수있고,

결정의분리와건조가용이하면표준용액으로만드는데유리한것이다.

왜페놀프탈레인은염기성에서색이변할까?

지시약은그자체가약산이나약염기이다. 페놀프탈레인의산성형을 HIn, 그짝염기를 In 이라고 할 때 수용액에서 다음과 같이 평형을 이룬다

𝐻𝐼𝑛 𝑎𝑞 + 𝐻2𝑂 𝑙 ⇒ 𝐼𝑛− 𝑎𝑞 + 𝐻3𝑂+ 𝑎𝑞

페놀프탈레인의 분자 상태(HIn)의 색은 무색이지만, 이온 상태(Inˉ)의 색은 분홍색이다. 산성용액에서는 르샤틀리에 원리에 따라 이온화 평형이 역반응쪽으로 이동한다. 따라서 주로 HIn 의 형태로 존재하므로 무색을 띤다. 염기성용액에서는 이온화 평형이 정반응 쪽으로 이동하여 주로 Inˉ의 형태로 존재하므로 분홍색을 띤다.

생활속의중화반응신김치에 베이킹파우더를 넣으면 신맛이 줄어든다. 벌에 쏘인 곳에 된장을 바른다. 곤충에 물리면 암모니아수를 바른다. 비누로 머리를 감은 후 식초물로 헹군다.

중화반응이 일어나는 이유신김치의 젖산(CH3CH(OH)COOH)성분이 신맛을 내는데, 여기에 베이킹파우더를 넣으면 베이킹파우더의 탄산수소나트륨(NaHCO3)성분이 젖산과 중화반응이 일어나 신김치의 신맛이 줄어든다.

느낀점및새롭게알게된점효원 : 실험을하면서처음사용해보는시약그리고실험기기들을다루어보았다. 특히옥살산이란시약은나로선처음접해보는것이어서두렵기도하고되게도전적인느낌또한받을수 있었다. 우리는이실험을통해좀더화학이란학문에다가간것같은기분이들어서좋았던것같다.

태훈 : 이번에많은자료를바탕으로실험에임하면서색다른느낌이었다. 그리고이번에도처음하는도구들, 나를더설레게했다. 처음산과염기의반응이라했을때초,중학교에서할듯한실험이라생각했지만화학II의과정인중화적정과도연결되어있고, 생소한＂몰농도＂란것도알게되었다. 그리고미지용액의몰농도를구할수있는것이되게신기했다.

준우 : 실험을하면서실험에빠져들게되었고, 처음사용해보는시약과기구들을다루어보니생소했지만점점익숙해져잘사용할수있게되었다. 또한실험을하려면사전지식이많아야하기에많은조사를해서더알아가는것이많았던실험이었다.

참고문헌A. http://blog.naver.com/minbs94?Redirect=Log&logNo=150188120769(네이버 블로그)

B. http://chunbo.koreasme.com/viewproduct_1_k.html(옥살산)

C. http://www.chemmate.com/7th_finish/7th_chem2/web/7-1.htm(산과염기)

D. http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=jyte&logNo=140030733062(네이버 블로그)

E. http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=selrim11&logNo=50022547265(몰농도)

F. http://kowon.dongseo.ac.kr/~mccho/P/chem4/5%C1%D6.htm(시약다루기)

G. http://blog.naver.com/moon98415?Redirect=Log&logNo=140194241023(네이버 블로그)

H. http://www.dbpia.co.kr/(논문참고)

I. http://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%8E%98%EB%86%80%ED%94%84%ED%83%88%EB%A0%88%EC%9D%B8(페놀프탈레인)

J. http://blog.daum.net/sedr1297/2(블로그스크랩)

K. http://kin.naver.com/qna/detail.nhn?d1id=11&dirId=1115&docId=152491003&qb=7Jil7IK07IKwIO2RnOykgOyaqeyVoSDsnbTsnKA=&enc=utf8&section=kin&rank=2&search_sort=0&spq=0&pid=RzaFB35Y7vNssbaV7odsssssstw-494708&sid=UzFneHJvLBcAAATrGOE(네이버지식인참고)