◼실험목적
화학반응이 평형 상태에 도달했을 때, 반응 결과를 보고 반응의 화학평형상수를 계산하여 결정한다.
◼실험원리
①화학반응의 평형 상태
화학 평형이란 화학 반응에서 정반응 속도와 역반응 속도가 같아져서 겉으로 보기에 화학 반응이 일어나지 않는 것처럼 보이는 상태이다. 대부분의 화학 반응에서는 반응물이 생성물로 완전히 변하지 않고 화학 평형 상태를 유지한다. 화학 평형 상태는 반응물과 생성 물의 양이 변하지 않으나 실제로는 반응이 계속 일어나고 있는 동 적 평형 상태이다. 즉, 반응물과 생성물의 양이 변하지 않고 화학 반응이 전혀 일어나지 않는 정적 평형 상태와는 다르다.
②평형 상수
평형 상수란 반응물이 생성물로 계속해서 변하는 화학반응에서 반응이 특정온도에서 평형을 이루고 있을 때, 반응물과 생성물의 농도 관계를 나타내는 상수이다. 이 상수는 말 그대로 상수이므로 초 기의 반응물과 생성물의 농도에 관계없이 항상 일정한 값을 가진다. 이 상수가 크면 클수록 평형 상태에서 생성물이 반응물보다 더 많이 존재한다.
◼실험 도구,재료
KSCN, Fe(NO3)3, 시험관, 메스 실린더, 종이, 자, 비커, 스포이드
◼실험 과정
⑦각각의 시험관에 남아있는 용액의 높이를 측정하고 이를 통해 농도와 평형상수를 구한다.
◼결과
◼고찰
①평형에 도달한 혼합 용액의 몰농도
1번 시험관의 SCN-는 전부 FeSCN2+로 바뀐다고 가정하고, 1번 시험관의 용액을 표준 용액으로 사용한다.
(표준 용액의 두께) X (표준 용액의 몰농도) = (평형에 도달한 혼합 용액의 두께) X (평형에 도달한 혼합 용액의 몰농도)
∴ (평형에 도달한 혼합 용액의 몰농도) = (표준 용액의 두께) X (표준 용액의 몰농도) / (평형에 도달한 혼합 용액의 두께)
②화학반응식과 평형상수
반응물질과 생성물질의 농도 곱은 항상 같은 것을 이용하여 화학반응식을 통해서 화학 평형상수를 계산할 수 있다. 이를 식으로 나타내면 aA+bB↔cC+dD라는 반응이 있을 때 평형상수 K=[C]c[D]d/[A]a[B]b로 구할 수 있다.
이를 이용하여 이 실험에서의 화학반응식을 나타내면 다음과 같다.
Fe3+ + SCN- ↔ FeSCN2+
이때 화학반응이 평형에 도달했을때 , 각각의 몰 농도를 표시하면 다음과같이 나타낼 수 있다.
따라서 각 몰농도에서의 화학 평형상수 식을 나타내면 다음과 같다.
화학평형상수K = A / (0.1 - A) X (0.001 - A)
①평형에 도달한 혼합 용액의 몰농도
②화학반응식과 평형상수
를 통해 각 시험관에서의 화학 평형상수를 결정 할 수 있다.
①시험관2에서 평형에 도달한 혼합 용액의 몰농도 5.0 X 0.001 / 6.4 = 0.00078
0.00078M
②시험관2에서 일어난 화학 반응에서의 평형 상수
k = 0.00078 / (0.04 - 0.00078) X (0.001-0.00078)
= 0.00078 / (0.03922) X (0.00022)
= 90.4
①시험관3에서 평형에 도달한 혼합 용액의 몰농도
4.4 X 0.001 / 5.0 = 0.00088
0.00088M
②시험관3에서 일어난 화학 반응에서의 평형 상수
k = 0.00088 / (0.016 - 0.00088) X (0.001-0.00088)
= 0.00088 / (0.01512) X (0.00012)
= 485
①시험관4에서 평형에 도달한 혼합 용액의 몰농도
2.5 X 0.001 / 4.4 = 0.00057 M
②시험관4에서 일어난 화학 반응에서의 평형 상수
k = 0.00057 / (0.0064 - 0.00057) X (0.001-0.00057)
= 0.00057 / (0.00583) X (0.00043)
= 227.37
①시험관5에서 평형에 도달한 혼합 용액의 몰농도 0.5 X 0.001 / 2.5 = 0.0002
0.0002M
②시험관5에서 일어난 화학 반응에서의 평형 상수
k = 0.0002 / (0.00256 - 0.0002) X (0.001-0.0002)
= 0.0002 / (0.00236) X (0.0008)
= 105.93
◼참고문헌
공학일반화학실험, 줌달의 일반화학, 옥스토비 일반화학, 화학 대사전, 두산 백과사전
