일반화학실험 | 기체 상수 결정 및 탄산염 분석

 

 

 

TIP

 

 

1. 온도, 압력, 부피에 따른 기체의 운동을 이해한다.
2. 탄산염과 산이 반응하여 이산화탄소를 만드는 반응을 이해한다.
3. 발생하는 기체의 부피를 측정하여 기체상수(R)를 구할 수 있다.
4. 미지의 탄산염과 산이 반응하여 발생하는 이산화탄소의 양을 측정하여 탄산염의 종류를 알 수 있다.

 

 

 

Boyle의 법칙 (Boyle’s law)

일정한 온도에서 공기의 압력과 부피의 곱 이 일정하다.

한쪽 끝이 막힌 J자 관을 이용한 실험.

 

 

PV=k (일정)

 

.

 

Charles의 법칙 (Charles’s law)

일정한 압력에서 기체의 부피는 온도에 대해 선형 증가한다.

 

V=bT

 

T vs V의 그래프를 외삽하면 -273.2℃에서 부피는 0이 된다.

 

Kelvin 온도: K= ℃ + 273

 

절대 영도(absolute zero) : 0 K 도달할 수 없는 가장 낮은 온도.

 

 

 

Avogadro의 법칙 (Avogadro’s law)

같은 온도, 압력, 부피에서 기체의 입자 수는 같다.

일정한 온도와 압력에서 부피는 기체의 몰 수에 정비례한다.

 

V=an

 

압력이 낮을 때 잘 적용된다.

 

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실험 방법

1. 기체 상수 측정

1) 실험을 시작하기 전에 부피 측정 장치의 증류수에 CO₂ 기체를 미리 포화시켜 오차를 최소화 할 수 있도록 미리 예비 실험을 한두 회 실시한다.

 

2) Na₂CO₃ 을 대략 0.1g , 0.2g , 0.3 g , 0.4g 정도를 각각 vial뚜껑에 담고 정확한 질량을 유효 숫자를 고려하여 기록한다.

 

3) 100 ㎖ 삼각 플라스크에 HCl 수용액 20 ㎖을 넣고 0.1 g의 Na₂CO₃이 담긴 vial 뚜껑을 조심스레 올려놓는다. (이 때 vial 뚜껑 안에 HCl 용액이 들어가지 않도록 주의한다.)

 

4) 아답타를 플라스크에 연결하고 연결부위로 기체가 새지 않도록 잘 막아주고 수위조절기와 피펫의 눈금을 일치시켜 기준 값을 기록한다.

 

 

5) 반응 용기인 삼각플라스크를 흔들어 주면서 Na₂CO₃과 염산의 반응을 진행시킨다. (이때 기체가 발생하면 피펫의 수면과 일치하도록 수위조절기를 맞춰준다.)

 

6) 기체 발생으로(이산화탄소) 인한 부피의 변화가 없으면 수위조절기와 피펫의 수면을 일치시킨 상태 로 피펫의 눈금을 읽어 생성된 기체의 부피를 기록한다.

 

7) 실험실의 온도와 압력을 측정하여 기록한다.

 

8) 0.2 g～0.4 g의 Na₂CO₃와 미지 탄산염 M₂CO₃에 대해서도 동일한 방법으로 반복한다.

 

2. 탄산염 분석

1) 피펫과 수위 조절장치 등을 이용하여 시험 장치를 꾸민다.

 

2) 후드에서 제조한 HCl 용액을 삼각 플라스크에 옮겨 담는다.

 

3) 미지의 탄산염(M₂CO₃(s)) 시료 I ,II를 대략 0.25g 정도를 vial cap에 담아 놓는다.

 

4) 미지 시료 I 이 담긴 vial cap을 HCl이 담긴 삼각 플라스크에 조심스럽게 넣고 파라필름으로 밀봉한다.

 

5) 플라스크를 조심스럽게 흔들어 반응을 진행시킨다. 이때 너무 과격하게 흔들면 벽면에 시료가 튀어서 반응을 안 할 수 있으니 조심한다.

 

6) 이산화탄소 기체가 발생하면 수위 조절기의 높으를 메니스커스와 맞춰준다.

 

7) 기체 발생이 중지되면 수위조절기의 수위를 피펫의 수위와 맞춘뒤 피펫의 눈금을 읽어준다.

 

8) 실험실의 온도를 기록한다.

 

9) 4)～7)의 과정을 반복한다.

 

10) 미지 시료 II 에 대해서도 4)～8) 의 과정을 반복한다.

 

11) 실험에서 얻은 값을 이용하여 미지의 탄산염을 결정한다.

 

 

 

[일반화학실험] 기체 상수 결정 및 탄산염 분석 레포트