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  pH측정과 이온화 상수의 결정
  글쓴이 : 이지   고유ID : 이지     날짜 : 00-00-00 00:00     조회 : 4316     추천 : 0     트랙백 주소
stefano님 안녕하세요^^

저번에 질문한 지 얼마 되지도 않았는데 또 질문입니다;;;

1. 아세트산 용액의 이온화 상수 결정시, 그 값이 전부 다르게 나오는데요.  ( 농도가 묽어질수록 점점 이론값에 가까워지기는 합니다만) 원래 이온화 상수는 온도가 일정하면, 농도에 관계없이 일정해야 하지 않나요? 혹시 용액이 묽어지는 것에 의한 효과인가요? 아니면 다른 요인이 있습니다까?

2. 이건 이미지에 첨부시킨 실험내용에 관한 질문인데요. 이 때도 평형 상수값이 온도가 일정한데도 다 다르게 나옵니다. 비색법을 이용했기 때문에 정확한 농도를 알 수 없었을 것이라고 가정했는데, 이 외에 평형상수값이 달라지게 되는 요인이 있을까요?

-이미지에는 파일이 뜨질 않네요^^;;; 아래에 실험내용을 첨부합니다.
많이 길지만 읽어주세요. 빠른 답변 부탁드립니다.



가역 반응이 진행하면 궁극적으로 반응은 평형에 이르게 되며, 평형상태에서의 각 물질의 농도를 알면 평형상수를 구할수 있다.  평형상수는 온도가 변하지 않는 한 반응물들 이나 생성물들의 처음 농도와는 상관없이 일정한 값을 가진다.
질산철(III) 용액과 티오시안산칼륨 용액을 섞으면 다음 반응에 따라서 붉은 색을 띤 착이온인 FeSCN2+가 생긴다.
Fe3+ (aq)  +  SCN-    ⇒    FeSCN2+ (aq)
착이온의 농도(X)를 측정하면 아래와 같이 이 반응의 평형상수를 계산할 수 있다.

    = [FeSCN2+] / [Fe3+] [SCN-] = X / (a – X) (b – X)

여기서 a 와 b는 각각 Fe3+및 SCN-의 처음 농도이다.  생성된 착이온의 농도는 착이온의 표준용액과 색을 비교하여 구할수 있다.  색을 띤 FeSCN2+용액의 흡광도는 이 용액의 농도와 빛이 통과하는 용액의 두께의 곱에 비례한다.  예컨대, 위에서 내려다 보았을 때 깊이가 1cm인 2M용액의 색깔은 깊이가 2cm인 1M용액의 색깔과 같게 보인다.  따라서 농도를 알고 있는 FeSCN2+표준용액의 색과 농도를 알고자 하는 평형상태의 FeSCN2+ 용액의 색을 비교하여 그 세기가 같으면 다음 관계가 성립된다. 
l (표준) *c (표준) = l (평형) * c (평형)
여기서 d와 l은 각각 빛이 통과한 용액의 두께와 농도이며,  (표준)과 (평형)은 각각 표준 용액과 평형에 도달한 혼합용액을 뜻한다.
따라서 c(표준)을 알면, l(표준)과 l(평형)을 구할 수 있다.
표준용액중의 FeSCN2+의 농도는 미리 알고 있어야 하는데, 이런 용액은 SCN-를 조금포함하고 있는 용액에 다량의 Fe3+를 가하여 평형을 FeSCN2+ 쪽으로 거의 완전히 이동시킴으로써 만들수 있다.  즉, 이렇게 만든 표준용액 중의 FeSCN2+ 의 농도는 처음게 가한 SCN-의 농도와 거의 같다.





3.기구 및 시약  같은 종류 시험관 6개, 시험관 꽂이, 50mL눈금실린더, 10mL 눈금실린더, 비이커, 스포이드, 검은 종이(또는 알루미늄 호일), 자
0.200M Fe(NO3)3, 0.00200M KSCN

4. 실험방법
가. 표준용액의 준비
(1) 6개의 시험관에 1번부터 6번까지 번호를 매기고, 시험관꽂이에 나란히 세운 다음 10ml눈금실린더를 사용하여 KSCN용액을 정확히 5.00ml씩 취하여 각 시험관에 담는다.
(2) 10ml눈금실린더를 사용하여 Fe(NO3)3용액 5.00ml를 취하여 1번 시험관에 넣고 흔들어서 잘 섞이도록 한다. 이 때 SCN-이온은 전부 FeSCN2+로 바뀐다고 가정한다. 따라서 이 1번 시험관이 FeSCN2+표준용액으로 쓰인다.
나. Fe3+ solution과 SCN- solution mixing
(1) 정확히 10.00ml의 Fe(NO3)3용액을 취하여 50ml 눈금실린더에 담고, 여기에 증류수를 가하여 정확히 25.00ml가 되도록 묽힌다. 이 용액 중 정확히 5.00ml를 2번 시험관에 넣고 잘 섞는다.
(2) (1)항에서 남은 용액에서 정확히 10.00ml만을 50ml 눈금실린더에 남기고, 같은 방법으로 증류수를 가해 전체 부피가 정확히 25.00ml가 되게 한다. 여기서도 정확히 5.00ml를 취하여 3번 시험관에 놓고 잘 섞는다.
(3) 위의 조작을 되풀이 하여 4, 5, 6번의 시험관에 묽힌 Fe(NO3)3용액을 차례로 넣는다.
다. 비색법으로 FeSCN2+의 평형농도 결정
(1) 1번(표준용액)과 2번 시험관을 검은 종이(또는 알루미늄 호일)로 감싸서 빛을 차단하고 아래에 흰 종이를 깐다.
(2) 두 시험관을 나란히 두고 위에서 시험관을 내려다 보면서(혹은 형광등을 향해 놓고 아래쪽으로부터 올려 보는 것도 좋다. 어떤 방법이든 색깔 비교가 용이한 방법으로 한다.) 두 시험관의 색의 세기가 같아 질 때까지 스포이드로 1번 시험관에 든 표준용액을 빈 시험관으로 옮긴다.
(3) 종이를 벗겨내고 1번, 2번 시험관의 남은 용액의 높이를 잰다.
(4) 3번에서 6번 시험관에 대해서도 마찬가지 방법으로 색깔이 같아질 때까지 1번 시험관의 용액을 덜면서 색깔을 비교한다. 그리고 높이를 잰다.


Stefano Stefano   39-08-02 00:00
(0)이곳에 파일을 첨부해서 다른 독자가 읽을 수 있으려면 파일명은 한글이름도 관계없으나 <공백>이 있으면 파일이 열리지 않는다고 합니다.

.. 문제가 자꾸자꾸 어려워 지는 것 같습니다.  실험방법과 내용에 대해서는 자세히 읽어봐야 하겠지만 학생들한테는 지루하게 느껴지도록 방법으로 기술되어 있다는 느낌입니다. 

필자라면 실험방법을 기술할 때
 i)  중요한 Step을 위주로 큰번호를 매기고 제목을 단 다음,
 ii) 각 Step이 의미하는 바를 설명하고 (즉 그 Step이 왜 필요한가를 소개하고)
 iii)이를 위해 순서적으로 조작해야하는 세부작업을 설명하고
 iv) 혹시 각 조작에서 실수했을 때 예상되는 문제점은 학생들이 토론에 의해 알아낼 수 있도록 여백을 만들어 놓겠습니다.

대학 교육의 교재가 4~50년 전과 별로 달라진 것이 없다는 느낌이 듧니다. 여담이고..

(1) 첫번째 질문..
<원래 이온화 상수는 온도가 일정하면, 농도에 관계없이 일정해야 하지 않나요? 혹시 용액이 묽어지는 것에 의한 효과인가요? 아니면 다른 요인이 있습니다까?>

필자가 알기로는 온도와 농도에 관계되며

온도에 따라 올라가는 것이 대부분이지만 일부분(알카리 금속의 염들의 일부?)은 줄어드는 것도 있다고 봅니다.  농도는 묽어질 수로 완전히 해리하는 경향이 있기 때문에 묽어질 수록 해리정수가 증가한다고 봅니다.  그렇기 때문에 해리정수는 무한희석의 해리정수를 외삽해서 얻어진 것이라고 생각됩니다.   

따라서 아마도 이 실험은 <해리정수의 농도의 영향>을 알아보고 <무한희석시 해리정수>를 구하는 실험일 것으로 봅니다.
확실한 답변을 드리지 못해 죄송합니다까. 
 
(2) 두번째 질문..
<이 때도 평형 상수값이 온도가 일정한데도 다 다르게 나옵니다. 비색법을 이용했기 때문에 정확한 농도를 알 수 없었을 것이라고 가정했는데, 이 외에 평형상수값이 달라지게 되는 요인이 있을까요?>

반응 평형은 해리정수와는 달리 온도가 일정하다고 하면 일정한 값을 가진다고 봅니다. 두번째 실험은 농도가 변해도 평형상수가 일정하다는 것을 보이기 위한 실험인 것으로 봅니다.  만일 결과가 이상하게 나왔다면 아마 실험오차가 아닐까요?
이지 이지   39-08-02 00:00
질문이 길어서 읽기 진짜 불편하셨을텐데;;;;
감사합니다. ^^
   

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