일반화학실험 | 평형상수와 용해도 곱 상수의 결정

 

 

 

TIP

 

 

색깔을 비교하는 방법으로 착이온의 농도를 알아내어 착이온 생성반응의 평형상수를 결정하고, Ca(OH)₂포화 용액에 공통이온 효과를 이용해서 용해도곱 상수를 결정한다.

 

 

 

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. 평형상수는 온도에 따라 다른 값을 갖지만, 처음에 넣어준 반응물의 양에 따라서 달라지지는 않는다. 질산철(III) 용액과 싸이오사이안산 칼륨(KSCN) 용액을 섞으면 짙은 붉은 색의 착이온인 FeSCN²⁺가 만들어진다.

 

 

이 반응의 평형상수는 다음과 같이 주어진다.

 

 

넣어준 Fe³⁺와 SCN^-의 농도가 각각 a와 b이고, 평형에 도달했을 때 FeSCN²⁺ 이온의 농도가 ×라면 평형상수는 아래와 같이 표현된다.

 

 

용액에 의하여 빛이 흡수되는 정도는 용액의 농도와 빛이 용액을 통과하는 거리의 곱에 비례한다(Beer's law). 따라서 농도를 알고 있는 FeSCN²⁺ 표준 용액의 색과 농도를 알고 싶어하는 용액의 색을 비교해서 알 수 있다(비색법, 比色法). 농도가 C₀인 FeSCN²⁺ 용액을 높이가 L₀ ㎝가 되도록 시험관에 넣고, 농도를 알고 싶은 FeSCN²⁺ 용액을 다른 시험관에 넣어서 두 시험관 속에 담긴 용액의 색깔이 같아지도록 용액의 양을 조절한다. 미지시료를 담은 시험관의 높이가 L₁이라면, 미지 시료의 농도 C₁은 다음 식으로 주어진다.

728x90

 

 

실험 방법

실험 A. : 평형상수의 결정

1) 5개의 시험관에 번호를 붙여서, 시험관대에 나란히 꼽아두고, 새로 만든 0.002M KSCN 용액 5㎖씩을 눈금실린더로 측정해서 넣는다.

 

2) 1번 시험관에 0.2M Fe(NO₃)₃ 용액 6.0㎖를 눈금실린더로 측정해서 넣고 잘 흔들어준다.

 

3) 0.2M Fe(NO₃)₃ 10㎖를 10㎖ 눈금실린더로 측정해서 50㎖ 눈금실린더에 넣고, 증류수를 가해서 전체 부피가 25㎖가 되도록 한다. 용액을 비커에 옮겨서 잘 섞은 다음 5.0㎖를 덜어서 2번 시험관에 넣고 잘 흔들어준다.

 

4) 3)에서 만든 0.2M Fe(NO₃)₃ 용액 10㎖를 취해서 같은 방법으로 묽힌 다음 5.0㎖를 덜어서 3번 시험관에 넣고 잘 흔들어 준다.

 

5) 같은 방법으로 묽힌 0.2M Fe(NO₃)₃ 용액을 5번 시험관까지 채운다.

 

6) 1번과 2번 시험관을 종이로 둘러싸고 느슨하게 테이프를 붙여서 시험관 옆에서 빛이 들어오지 않도록 만든다.

 

7) 1번과 2번 시험관을 위쪽에서 내려다보았을 때 두 용액의 색깔이 같아질 때까지 드롭퍼를 이용해서 1번 시험관의 용액을 빈 시험관에 한 방울씩 덜어낸다.

 

8) 시험관을 둘러싼 종이를 벗겨내고, 밀리미터 단위의 눈금이 새겨진 그래프 용지를 시험관 뒤에 세워서 1번과 2번 시험관에 들어있는 용액의 높이를 측정한다.

 

9) 3, 4, 5번 시험관에 들어있는 용액도 같은 방법으로 1번 시험관에 들어있는 용액의 색깔과 비교해서 그 높이를 측정한다.

 

실험 B. : 용해도곱 상수의 결정

1) 깨끗하게 씻어서 말린 100㎖ 비커 4개에 각각 증류수, 0.10M, 0.050M, 0.025M, NaOH 용액을 25㎖ 눈금실린더로 50㎖씩 넣는다.

 

2) 각 비커에 약숟가락으로 반 정도의 수산화칼슘 고체를 넣고 10분간 잘 저어서 평형에 도달하도록 한다.

 

3) 각 비커의 용액을 뷰흐너 깔때기를 이용해서 감압하여 거르고, 거른액을 따로 보관한다.

 

4) 거른액 25㎖를 눈금실린더로 취해서 100㎖ 삼각플라스크에 담고, 페놀프타레인 지시약 2~3방울을 가한 다음에 0.10M HCl 표준용액으로 적정한다.

 

 

[일반화학실험]평형 상수와 용해도곱 결정(Determination of Equilibrium Constant and Solubility Product) 1부

 

 

[일반화학실험]평형상수와 용해도 곱 상수의 결정 레포트