◼실험목적
염산, 수산화 나트륨, 탄산 나트륨 수용액을 각각 지시약을 통 해 적정하여 색의 변화를 관찰하고 이를 통해 구한 농도계수로 검수(물)의 알칼리 소비량을 구한다.
◼실험원리
①중화 적정
농도를 알 수 없는 미지의 산, 염기를 산 또는 염기의 표준용액으로 적정하여 정량 분석하는 방법이다.
표준 용액으로서 산은 염산(HCl) 염기에는 수산화나트륨(NaOH)이 사용된다. 또한 중화점을 알기 위해 사용하는 지시약으로는 메틸오렌지, 페놀프탈레인 등 이있다.
②당량수
(1) 수소 이온 1mol을 중화시킬 수 있는 염기의 양 또는 수소 이온 1 mol을 줄 수 있는 산의 양을 말한다.
(2) 전하 1mol을 포함하는 물질의 양을 말한다.
•일반 원자의 경우
(분자량) / (결합할 수 있는 원자의 개수)
ex) 산소의 g 당량수
(16g/mol) / (2eq/mol) = 8g/eq
•산, 염기의 경우
1몰당 H+, OH-를 내어 놓을 수 있는 개수
ex) H2SO4의 당량수
H2SO4는 H+를 2개 내놓을 수 있다. 즉 H2SO4의 당량수는 2g/eq
③노르말 농도
용액의 농도를 나타내는 방법중 하나로 당량 농도라고도 한다.
용액 1L에 들어있는 g당량수
즉, 용질의 (g당량수) / (용액의 부피 L) 이며, 단위는 N으로 나타낸다.
(몰농도) X (당량수) = (노르말 농도)이다.
이러한 관계를 통해 화학식에서 물질의 당량을 구하고 몰농도를 구하여 노르말 농도를 쉽게 계산할 수 있다.
④알칼리 소비량
물 농도를 알고 있는 산성, 염기성 시약을 만든 후에 지시약을 가하여 색의 변 화가 일어날 때까지 중화 적정을 하여 이때의 부피를 측정한다.
측정한 수산화 나트륨의 수용액의 부피로 위와 같은 계산식을 통해 알칼리 소비량을 계산할 수 있다.
⑤농도 계수
제조된 용액의 농도는 그 농도가 정확할 수 없다. 용액이 얼마나 정확히 제조 되었는가를 확인하는 것이 농도 계수이다.
(농도계수) = (용액 1L중에 용질의 질량) / (용질의 1g의 당량)
◼실험 도구,재료
뷰렛, 비커, 페놀프탈레인, 티몰블루 0.1N HCl 수용액, 0.1N NaOH 수용액, 0.02 NaOH 수용액, 0.1N Na2CO3 수용액
◼실험 과정
◼결과
①0.1N의 탄산나트륨 수용액 100ml를 제조하기위한 탄산나트륨의 양을 계산 한다.(100ml의 용액을 제조)
용액 1L일때의 계산
((몰 수)/(당량수))X(분자량)X(순도)
탄산나트륨의 당량은 2이고 용액이 100ml일 때 ((0.1/2mol) X (105.99g/mol X 100/99 ))X 0.1 =0.54g
③0.1N의 염산수용액을 계산하기위한 염산의 양을 계산하여 용액을 제조한 다.(100ml의 용액을 제조)
용액 1L일때의 계산
((몰 수)/(당량수))X(분자량)X(순도)
염산의 당량은 1이고 용액이 100ml일 때
((0.1/1mol) X (36.45g/mol X 100/36 ))X 0.1 =1.01g
⑦색의 변화가 보라색에서 무색이 될 때까지 염산의 소비량을 구하여 염산 수용액의 농도계수를 계산한다.
(염산 수용액의 농도계수) = 25/ (염산의 소비량) 이므로 (염산의 소비량) : 12ml
(염산 수용액의 농도계수: f1) = 25/12 = 2.1
⑧0.1N의 수산화나트륨 수용액을 제조하기 위한 염산의 양을 계산하여 용액을 제조한다.(100ml의 용액을 제조)
용액 1L일때의 계산
((몰 수)/(당량수))X(분자량)X(순도)
수산화나트륨의 당량은 1이고 용액이 100ml일 때 ((0.1/1mol) X (40g/mol X 100/98 ))X 0.1 =2.04g
13.색의 변화가 보라색에서 무색이 될 때까지 수산화나트륨의 소비량을 구하여 수산화나트륨 수용액의 농도계수를 계산한다.
(수산화나트륨 수용액의 농도계수: f2) = ( 25 X (f1) ) /(수산화나트륨의 소비 량) 이므로
(수산화나트륨의 소비량) : 18ml
( 25 X (2.1) ) /(18) = 2.91
15.이 용액을 수산화나트륨용액으로 적정하여 알칼리 소비량을 계산한다. (알칼리 소비량) = (수산화나트륨의 소비량) X (f2) X (1000/ 검수량)(1/10) (증류수에서의 색변화) = 황색 ----> 보라색
(수산화나트륨의 소비량)= 3ml
(수산화나트륨의 농도계수 f2)= 2.91 (검수량) = 100ml
◼오차원인 분석
적정을 할 때 아주 정확한 용액의 소비량을 구하는 것이 불가능하다. 따라서 이 과정에서 오차가 발생한다.
◼고찰
시약의 물성, 폐기법
페놀프탈레인, 티몰블루 등의 지시약
지시약의 색깔은 산, 염기에 따라서 색이 변화하므로 색을 통해 물성을 판단할 수 있다.
페놀프탈레인의 경우 산성일 때 무색 염기성일 때 붉은색을 띄며 티몰블루의 경우 산성일 때 붉은색 염기성일 때 황색을 띈다.
따라서 지시약을 가하여 색의 변화를 관찰한 후 각각의 물성에 맞게 폐기하면 된다.
◼참고문헌
공학일반화학실험, 줌달의 일반화학, 옥스토비 일반화학, 화학 대사전, 두산 백과사전
