[일반화학실험] 탄산염의 분석 레포트

 

Title

탄산염의 분석

Purpose

 탄산염과 염산이 반응하면서 발생하는 이산화탄소를 측정함으로써 어떠한 탄산염 물질인지 밝혀낼 수 있다.

 

 

Theory

1. 알칼리 금속()은 탄산염과 합쳐져 형태를 띈다.
▶ 알칼리 금속
알칼리 금속은 주기율표의 1족 가운데 수소를 제외한 나머지 화학 원소를 통틀어 일컫는다.  리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 프랑슘(Fr)이 이 화학 계열에 속한다.
▶ (알칼리 금속 특징) 
● 반응성이 매우 강하다. 상온에서도 물이나 산소와 쉽게 반응하므로 석유나 파라핀 속에 보존한다.
● 대체로 은백색을 띄며, 무르고 밀도가 낮은 고체이다. 
● 끓는점과 녹는점이 낮다.
● 전자를 잃고 +1가의 양이온으로 존재하기 쉬우며, -1가의 할로젠 원소 이온과 결합이 쉽다.


2. 탄산염과 묽은 염산이 반응해 를 생성한다. 주어진 탄산염으로 인해 발생한 의 양을 안다면, 알칼리 금속 M의 종류를 알아낼 수 있다.
(탄산염-염산 반응식)

M2CO3 + 2HCl → 2M+ + 2Cl- + H2O + CO2↑

3. 이상기체 상태방정식

이상기체의 상태를 나타내는 양의 상관관계를 나타내는 방정식이다.

4. 물의 증기압

물이 동적평형 상태에 이르렀을 때의 증기압
동적평형 : 양방향으로 반응이 가능한 반응에서 역반응과 정반응이 일정해 반응물과 생성물 비율을 바꾸는 것을 멈춘 상태.
증기압 : 액체 또는 고체에서 증발하는 압력으로, 증기가 고체나 액체와 동적평형 상태에 있을때의 포화 수증기압을 말한다.

Result

● 넣어준  질량 : 0.1g
● 실험실 온도 : 25℃ = 298.15K
● 실험실 기압 :１atm
● 보정된 기압 : (실험실의 기압) - (물의 증기압) = 1(atm) – 0.0313(atm) = 0.9687(atm)

● 측정한 이산화탄소의 부피

1)
이상기체 상태방정식을 변형해서 발생된 이산화탄소의 몰수를 구해보면,
PV=nRT,  이므로
(발생한 이산화탄소의 몰수)=

2)
‘탄산염과 염산 반응식’(M2CO3 + 2HCl → 2M+ + 2Cl- + H2O + CO2↑)
 에 따르면, 반응한 M2CO3와 생성된 CO2의 비율이 1:1 이므로 처음 넣어준 M2CO3의 몰수도 이란 것을 알 수 있다.
∴(처음 넣어준 M2CO3의 몰수) =  

3)

이므로
이를 이용해서 처음 탄산염의 몰질량을 구해보면,
(M2CO3의 몰질량) = 

4)
 M2CO3의 몰질량에서 C의 원자량은 12.0107, O의 원자량은 15.9994 이므로, M의 원자량만 구하려면 1개의 C원자량과 3개의 O원자량을 뺀 후 2로 나누어야 한다.

5)
 알칼리 금속중 칼륨(K)의 원자량이 39.10 g/mol 으로 구한값과 가장 가깝다.


∴ 처음 탄산염을 형성할 때 사용된 금속은 칼륨(K)이고, 탄산염은 탄산칼륨(K2CO3)이라는 것을 알 수 있다.

Discussion

● 오차분석

● 궁금한 점
1.  미지 시료와 염산이 만나 이산화탄소를 생성할 때 뷰렛과 유리초자의 메니스커스 높이를 같게 하는 이유는 무엇일까? 
2.  실제 기체의 상태방정식을 쓴다면, 확실히 더 정확한 실험값이 나올까?

➡️실험값, discussion 보러가기

탄산염의 분석 레포트

 

 

Reference

1. 일반화학 ppt
2. 사이언스올 ‘이상 기체 (상태) 방정식’, ‘알칼리 금속’
3. 위키백과 ‘물의 증기압’
4. 위키백과 ‘동적평형’
5. RTO care ‘증기압’
6. 네이버 지식백과 ‘원자량’
7. 줌달의 일반화학 ‘실제 기체’ p244~247
8. Raymond Chang, Chemistry 13th ed. 2018 p195~201