일반화학실험 | 질산포타슘의 용해도 - Solubility of Potassium Nitrate

 

 

 

TIP

 

 

1. 온도에 따른 용해도의 변화를 이용해서 오염된 물질의 순도를 높이는 방법으로 활용한다
2. 질산포타슘의 온도에 따른 용해도의 변화를 측정하여 용해열을 구하고, 엔탈피와 엔트로피(자발적인 반응과 비자발적인 반응)를 이해한다.

 

 

 

물질에 따라 온도에 따른 용해도의 변화가 매우 다르다. 그래프를 보면 대부분 온도가 증가할수록 용해도 또한 함께 증가한다. 하지만 황산소듐과 황산세륨의 경우 온도가 증가할수록 용해도가 감소한다. 그러므로 일단 질산포타슘의 용해도는 온도에 따른 변화가 어떤지 알아보는 실험을 해야 한다. 그 결과를 도출해낸 후 오염된 물질의 순도를 높이는 방법을 알아보는 것이 이번 실험의 목표이다. 고체 용질이 액체의 용매에 녹는 과정은 열역학적으로 다음과 같이 표현된다.

 

△G = △H - T△S

 

일정한 온도와 압력에서 용질이 자발적으로 녹기 위해서는 △G<0이 되어야만 한다. 즉, 용질 고체가 용매에 녹아서 에너지가 감소하거나 엔트로피가 증가하는 경우에만 용질이 자발적으로 녹게 된다. 용질이 녹을 때는 언제나 엔트로피가 증가하기 때문에 항상△S>0이고, 용질의 농도가 증가하면 △S의 값은 감소한다. 액체나 고체와 같은 응축상에서 △H와 △S는 온도 변화의 폭이 대단히 크지 않을 경우에는 거의 일정한 값을 갖는다.

 

그러나 △G는 온도에 따라 민감하게 변하기 때문에 용해도는 온도에 따라서 달라진다. 온도가 증가하면 엔트로피 증가의 효과가 점점 더 커지기 때문에 일반적으로 용해 될 때 열을 흡수하는 (△H<0:흡열반응)물질의 용해도 K_sol는 온도에 따라 다음과 같이 증가한다.

 

 

질산포타슘(질산칼륨)을 물에 녹인 후 식혀서 처음 고체가 석출되는 온도가 해당하는 양의 질산칼륨이 포화되는 온도이다. 이 때 ㏖은 단순히 녹은 질산칼륨의 질량을 질산칼륨의 분자량(101.10)으로 나누면 된다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 500㎖ 비커를 이용해서 물 중탕을 준비하고 (Hot Plate 5 위치 : 60～70 ℃) KNO₃를 준비한다.

 

2) KNO₃ 4g을 소수점 둘째 자리까지 정확하게 재어 25㎖ 눈금실린더에 넣은 후 약 10㎖의 증류수로 벽에 묻어 있는 시약을 씻으며 가한다.

 

3) 물 중탕에 눈금 실린더를 넣고 KNO₃가 완전히 녹을 때까지 기다린다.

 

4) 완전히 녹은 용액의 부피를 기록한 후 온도계로 저어주면서 식힌다.

 

 

5) 고체가 처음 나타나기 시작하는 온도를 기록한다.

 

 

6) KNO₃ 5g, 6g, 7g, 8,으로 같은 실험을 수행한다.

 

7) 질산구리(Cu(NO₃)₂)처럼 색깔이 있는 염으로 오염된 시료 10g을 받는다.

 

8) 오염된 시료의 75%가 KNO₃라고 생각하고 75℃에서 시료를 완전히 녹이기 위해서 필요한 물의 양을 계산한다.

 

9) 100㎖ 비커에 오염된 시료를 넣고, 5)에서 계산한 양만큼의 물을 넣은 후에 시계 접시로 비커를 덮고 서서히 가열해서 시료를 녹인다.

 

10) 흐르는 수돗물에 비커를 담가서 식힌 후에 침전을 거름종이로 거르고, 차가운 물 소량으로 침전을 씻는다. 씻을 때 사용하는 물의 양이 최소가 되 도록 노력하면서, 침전의 색깔이 없어질 때까지 씻는 과정을 반복한다.

 

11) 마른 거름종이를 이용해서 침전을 말린 후에 무게를 잰다. 조교에게 시료의 조성을 물어 보아서 회수율을 계산한다.

 

12) 증류수 10㎖를 넣은 시험관에 온도계를 꼽고 약 2g의 KNO₃를 넣은 후에 온도 변화를 관찰한다.

 

 

 

[일반화학실험]질산포타슘의 용해도 - Solubility of Potassium Nitrate 레포트