일반화학실험 | pH와 지시약의 변색

 

 

 

TIP

 

 

여러 가지 지시약을 활용하여 변색 범위를 확인하고, 물질의 pH를 측정하여 중화점을 찾을 수 있다.

 

 

 

수소 이온 농도 지수(pH)

산은 수용액에서 이온화하여 수소 이온을 내놓는 물질이다. 그러므로 수용액 속에 수소 이온의 농도가 클수록 산성도가 강하다. 그런데 물은 자동 이온화하여 다음과 같은 평형 관계가 성립한다.

 

H₂O ⇄ H⁺ + OH^-

 

K_w = [H⁺][OH^-] = 1.0×10^-7×1.0×10^-7 = 1.0×10^-14(25℃)

 

그러므로 수용액에 존재하는 수소 이온의 농도는 수산화 이온의 농도와 경쟁관계이다. 중성에서는 두 이온의 농도가 같지만, 산성에서는 수소 이온의 농도가 수산화 이온이 농도보다 더 커지고, 염기성에서는 그와 반대로 수산화 이온의 농도가 수소 이온 농도보다 더 크다. 그런데 이러한 수소 이온 농도는 매우 작기 때문에 음수의 로그를 취하여 나타내면 편리하다.

 

pH = - log[H⁺]

 

따라서 pH는 중성인 증류수에서는 7이 되고 산성도에 따라 0에서 14사이의 값을 가진다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) pH에 따른 지시약의 색깔 확인하기

➀ 12×8의 홈판에서 12개의 구멍을 가진 첫 번째 가로줄 1번 구멍에 0.1M 염산(HCl)을 10방울 떨어뜨린다.

 

➁ 2∼11번까지의 구멍에는 증류수를 9방울씩 떨어뜨린다.

 

➂ 1번 구멍에 있는 염산 용액 1방울을 스포이트로 덜어서 2번 구멍에 떨어뜨리고 저어준다.

 

➃ 과정 3의 2번 구멍에 있는 염산 용액 1방울을 스포이트로 덜어서 3번 구멍에 떨어뜨리고 저어준다. 이러한 과정을 6번 구멍까지 계속한다.

 

➄ 12번 구멍에는 0.01M 수산화나트륨(NaOH) 수용액 10방울을 떨어뜨린다.

 

➅ 12번 구멍에 있는 수산화나트륨 수용액 1방울을 스포이트로 덜어서 11번 구멍에 떨어뜨리고 저어준다.

 

➆ 11번 구멍에 있는 수산화나트륨 수용액 1방울을 스포이트로 덜어서 10번 구멍에 떨어뜨리고 저어준다. 이러한 과정을 8번 구멍까지 계속한다.

 

➇ 이렇게 준비된 가로줄 12개의 구멍에 BTB 용액을 각각 한 방울씩 떨어뜨리고 저어주어 각 pH에서 나타내는 색깔을 관찰한다.

 

➈ 또 다른 가로줄에 같은 방법으로 pH가 다른 용액을 준비한 후 지시약을 바꿔가며 색깔변화를 관찰한다.

 

여러 가지 지시약에 의한 색변화

 

2) 사이다, 이온 음료, 식초의 pH 측정하기

➀ 6×4 홈판 한 줄의 지시약 수만큼의 구멍에 사이다를 10방울씩 넣고 각각의 지시약을 구멍마다 한 방울씩 가해 실험 1)의 어느 구멍과 색깔이 같은 지 비교해 pH를 측정한다.

 

➁ 이온 음료, 식초를 가지고 과정 1을 반복한다.

 

pH측정 실험에 사용한 제품

 

3) 중화 반응과 지시약의 변색

➀ 12×8의 홈판의 한 줄에 0.1M HCl을 10방울 떨어뜨린다.

 

➁ 과정 1의 가로줄에 첫 번째 줄부터 0.1M NaOH 표준용액을 1방울씩 늘려가며 가한다.

 

➂ 과정 2의 모든 구멍에 BTB 지시약을 한 방울씩 가하고 색변화로 중화가 일어난 지점을 찾아보자.

 

➃ 다른 지시약을 선택해 과정 1에서 3까지 반복한다.

 

 

 

[일반화학실험] pH와 지시약의 변색 레포트