무기화학실험 | 이산화망간의 표준 환원 전위(Standard reduction potentials) 측정

TIP

 

 

금속의 표준 환원 전위를 비교하면 금속의 반응성을 예측 할 수 있다

 

 

 

표준 환원 전위(E_cell˚)

수소이온이 물속에서 환원하여 수소로 될 때의 전위를 0.00V로 하여 기준으로 삼고, 이에대한 어떤 금속이온이 환원하여 반응성에서 나타나는 전위를 표준 환원 전위라고 한다.

 

측정 조건은 상온 25℃, 1기압에서 [H⁺]=1M인 수소 전극에 어떤 금속과 그 금속염의 농도가 1M인 반쪽 전지를 연결하여 전해질의 농도가 1㏖인 어떤 반쪽전지를 (+)극으로 하고, 표준수소전극을 (-)극으로 연결하여 만든 전지에서 얻어지는 전지의 기전력을 그 반쪽전지의 전위차를 표준환원전위로 한다.

 

 

 

Metathesis(복분해)

두 종류의 화합물이 반응할 때 그 들의 성분이 교환되어 새로운 두 종류의 화합물이 생기는 반응으로 화학친화력이 강한 것끼리 결합하여 열역학적으로 안정된 상태가 되려하기 때문에 발생한다.

 

1. 복합 반응(metathesis reaction)

여러 반응은 다음과 같은 형태로 나타낼 수 있다.

 

AB + CD → AD + CB

 

이 반응을 복분해(double-decomposition) 또는 복합반응이라한다. 이런 종류의 반응은 상호반응하는 물질사이에 원자나 원자가를 교환한다.

 

 

실험 방법

Experiment 1 : 이산화망간 → 망간산 칼륨 → 과망간산 칼륨

(1) 이산화망간(manganese dioxide)의 알칼리 용해

1) 수산화칼륨을 분쇄하여 그 5g과 염소산 칼륨 분말 2.5g과의 혼합물을 철제도가니 속에서 400~500℃로 가열하여 분해한다.

2) 이 때 가열해 주던 버너의 불을 끄고 오래된 철선으로 교반하면서 5g의 분말 이산화망간을 조금씩 넣는다.

3) 그리하여 처음에는 조용히 차차 강하게 가열하여 괴를 건조시킨다.

4) 그 사이에도 교반을 계속한다. 그리고 최후에는 10분간 암적열(약 500℃)한다.

 

(2) 과망간산칼륨(potassium permangananate)의 제법

1) 위에서 생성된 암녹색 괴를 분쇄하여 물 200㎖를 넣고 끓여서 용해시키며 그 사이에 과잉의 알칼리르 중화하기 위해서 CO₂ 가스를 통한다.

2) 유리막대로 용액 한 방울 찍어 여과지 위에 떨어뜨렸을 때 망간산이온의 녹색이 나타나지 않으면 반응은 완결된 것으로 본다.

3) 침전을 정착시켜 착색용액은 유리솜을 통해서 decantation을 한다.

4) 이 용액의 반 가량이 될 때 까지 증발시키고, 석출된 를 glass filter에 유리솜을 쓴 것을 이용하여 여과하면서 제거한다.

5) 이 여과액을 결정이 생기기 시작할 때 까지 증발시켜 식히고, 생성된 결정을 glass filter로 여과하고 극히 약간의 냉수로 씻어서 수욕상에서 건조시킨다.

 

(3) 과망간산칼륨의 산화성

1) 묽은 과망간산칼륨 수용액을 시험관에 넣고 여기에 묽은 황산을 넣어서 만든 혼합용액에 과산화수소를 떨어뜨린다.

2) 위 반응을 황산을 넣지 않고 중성에서 일으켜 본다.

 

Experiment 2 : 이산화망간 → 염화제일망간 → 탄산망간

(1) 이산화망간에서 염화 제1망간의 제법

1) 이산화망간과 염산으로부터 침전을 발생시키고 나머지의 내용물을 물로 묽게 한 다음에 여과한다.

2) 이 여과액에 대해서 철 이온의 유무를 검사하고 만일 철 이온이 존재한다는 것이 인정될 때는 증발건고해서 Cl2, HCl 등의 유리할로겐을 완전히 구축한 다음 다시 물에 녹여 철염에 대응할 만큼의 탄산망간을 넣어서 온침한다.

3) 그 일부를 취해서 여과하고, 이 여과액에 황혈염을 넣어 청색의 침전이 생성되지 않고, 대응백색의 침전이 생성되면 전부 여과한다.

4) 여과액을 증발농축하여 식혀서 결정을 석출시킨 다음에 여과하고, 이 때 얻어진 결정을 여과지 사이에 끼워서 건조시킨다.(조해성 있다)

 

(2) 염화 제1망간에서 탄산망간의 제법

1) 200㎖의 플라스크에 무수탄산나트륨 5.4g과 증류수 54㎖와의 용액을 넣고 여기에 염화 제 1망간 4수화물 10g과 증류수 100㎖와의 용액을 가한다.

2) 이 혼합용액에 용액 중의 공기가 전부 구축 될 때까지 CO₂를 통해준 다음에 플라스크를 마개로 막고 천천히 흔들어 섞어서 잠시 방치한다.

3) 최후에 상층액을 따라 버리고 다시 CO₂ 를 포화시킨 물을 넣은 다음에 또 CO₂ 를 통해서 공기를 몰아낸다.

4) 이 조작은 공기를 몰아 낸 용액 중에 탄산나트륨과 소금을 함유하지 않을 때까지 한다.

5) 그 뒤 침전을 흡인여과하고 수용상에서 가온하여 건조시킨다.(수량 80%)

 

 

 

[무기화학실험]이산화망간의 표준 환원 전위(Standard reduction potentials) 측정 레포트