[물리화학실험] 아이오드 이온 산화반응의 속도상수 결정

끼얏호

실험 기말시험이 다음주로 껑충 다가왔고

제 발등엔 불똥이 깡총 튀어올랐군요

그러므로 실험레포트를 정리해서 적어보도록 하겠어요

항상 예비레포트 적고 결과레포트 적으면서 결과처리에 허덕였는데 항상 인터넷의 도움을 받고자하면 대가가 필요하더라구요 햅삐캠퍼스....ㅎㅎ

저라도 화학학도 여러분께 조금이나마 도움이 되었으면 합니다

감사는 머니도 좋지만 저스트 댓글도 충분합니다

얼른 멋진 블로거가 되어서 광고수입을 얻고싶거든요

 

그러므로 조교님 제발 저에게 에이쁠을 주세요 제발

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1.TITLE

 아이오드 이온 산화반응의 속도상수 결정

 

2.PURPOSE

 퍼옥소이황산 이온과 아이오드 이온의 반응으로 생성되는 I2의 초기 반응속도를 가시광선 분광법으로 측정하여 반응속도상수를 결정하는데 그 목적을 둔다.

 

3.THEORY

 1)실험 속 여러 분자들의 이름

 (S2O8)2-:Peroxydisulfate

 (S2O3)2-:Thiosulfate

 (SO4)2-: Sulfate

 (S4O6): Tetrathionate

 

 2) 이번 실험 속 화학반응

 (1) 2I- + (S2O8)2- → I2 + 2(SO4)2-

 (2) I2 + 2(S2O3)2- → 2I- + (S4O6)2-

 이번 실험은 위의 반응 (1), (2)가 한번에 일어나는 One pot reaction 혹은 one-pot synthesis 이다.

One pot reaction:  반응물이 하나의 반응기에서 연속적인 화학 반응을 일으키는 반응으로, 분리 공정과 중간체 혼합물의 정제를 피하기에 시간과 자원을 절약할 수 있고 화합물의 수 증가를 확인할 수 있다.

 이때 I-는 무색이기에 가시광선 분광기에서 관측되지 않고, I2는 보라색이다.

 

I2가 (1)의 반응을 통해 생성되는 즉시, (2)의 반응을 통해 2I-가 된다. 이때 소모된 (S2O8)2-와  2(S2O3)2-의 양은 같으며,  2(S2O3)2-가 다 소모되기 전 까지는 유색인 I2를 육안으로 확인할 수 없다.

 

 3) 반응속도

 반응속도: 일정 시간 동안의 반응물이나 생송물의 농도 변화량을 말한다. △[생성물]/△시간 혹은 -△[반응물]/△시간

 aA+bB 라는 화학식이 있을 때, 반응 속도=k[A]^m[B]^n 이라 볼 수 있다. (m과 n은 농도, k는 상수이다.) 이때 a와 m, b와 n은 같지 않다. 또한 이온세기의 변화에 영향을 받는다.

 반응속도 상수 k: 농도와 무관하며, 온도에 의해서만 변화하고 반응물의 종류에 따라서 달라지는 반응속도식에서의 비례상수이다. 반응 속도 상수의 단위는 반응 차수에 따라 달라진다.

 반응차수 (m,n): 실험적으로 결정되는 값으로, 반응물의 농도가 속도에 관여하는 정도를 나타낸다.

 

dM/dt=kM^m

(M;반응물의 농도, m;반응 차수, k; 반응속도 상수)

 아레니우스 식: 반응 온도와 반응 속도의 상수 관계를 나타낸다.

 

k=Ae^(Ea/RT)

(A;진동수 인자, Ea;활성화 에너지)

 

 4) n차 반응

 n차 반응:  반응물의 개수에 따라 n이 정해진다.

 ex) H2 -> 2H (1차 반응), CH4 +2O2 -> CO2 + 2H2O (2차 반응)

여기에서 N은 0부터 다양하게 있는데, 유사 1차 반응이란 것도 있다.

 유사 1차 반응: 1차 반응이 아니지만 1차 반응처럼 그 속도가 선형을 띄는 반응. 반응속도는 1개의 이온에 의해 결정되며, 보통 반응물이 촉매이고 다른 반응물들에 비해 매우 과량일 때 나타난다.

몇차 반응인지에 따라 반응 속도부터 여러가지가 다르며, 이를 꼭 외워두길 바란다.

 

5) 반응차수 

몇차 반응인지에 따라 반응 속도부터 여러가지가 다르며, 이를 꼭 외워두길 바란다.

이미지 출처 : 구글에서 찾았는데 왜 사이트 연결이 안되는걸까요...(먼산)

 

4. APPARATAUS & REAGENT

 <APPARATAUS>

 일렬 광 다이오드 분광기

 소프트웨어, 컴퓨터

 보정용 스펙트럼

 회절발

 50W 할로겐 램프, 램프 전원 공급기

 각종 마운트

 큐벳 2개, 뷰렛 2개, 깔때기 2개, 10ML 피펫 2개, 피펫필러, 피펫 접시, 100ML 비커 7개, 유리막데 7개

 

 <REAGENT>

분자식	이름(한글)	이름(영어)	분자량(g/mol)	밀도(g/cm^3)	MP(섭씨)	BP(섭씨)	주의점/기타
K2S2O8	퍼옥소이황산칼륨		270.32	2.477	100
KI	아이오드화칼륨		166.0028	3.21	681	1336
Na2S2O3	싸이오황산나트륨		158.11(anhydrous)	1.667	48.3	100
			248.18(pentahydrate)
Na2SO4	황산나트륨	sodium sulfate	142.04	2.668	884	1429
H2O	증류수	증류수정도야! 다들 아시죠? (찡긋<) 참고로 저는 H2O 를 DDW(double distilled water)라고도 표현합니다.

 

 5.PROCEDURE

1) 일렬 광다이오드 분광기 설치

2) 0.01M K2S2O8 용액 제조 : 0.6758g K2S2O8+ DDW =250ml

3) 0.01M Na2SO4 용액 제조 : 0.3222g Na2SO4˙10H2O + DDW =100ml

4) 0.1M KI 용액 제조: 4.1505g KI+ DDW= 250ml

5) 0.01M Na2S2O3 용액 제조: 0.1581g Na2S2O3+DDW=250ml

6) 다음과 같이 용액을 제조하고 흡광도와 반응 시간을 측정한다. 측정은 KI를 넣은 즉시 시작해야 함을 주의한다. 

시약 번호	0.01M K2S2O8(ml)	0.01M Na2S2O3(ml)	0.01M Na2SO4(ml)	0.1M KI(ml)	측정시간
1	20	1	9	20	10
2	20	2	8	20	20
3	20	3	7	20	30
4	20	4	6	20	30
5	20	5	5	20	40
6	20	6	4	20	50

 

6. 결과처리 방법

 ... 은 여러분이 직접 하셔야 의미있다고 생각하지만 막막하실테니 간략하게 서술할게용

 실험하고나서 데이터로 t(1/m)이랑 ln B 를 받으실텐데 이걸 그대로 엑셀로 그래프(t(1/m)-ln B) 그리시면 됩니다.

선형 추세선 그리시고 추세선 옵션에서 수식을 차트에 표시 체크하시면 추세선 함수가 표시됩니다. 그리고 이 추세선 함수의 기울기가 반응속도 상수 k=ln B/t(1/m) 입니다.

 

7.

 1) 왜 Na2SO4를 사용하는가?

Na2SO4은 이 실험에서 반응물로도 생성물로도 작용하지 않으나, 실험과정에 필요화다.

 이 실험은 이온 간의 반응이이게 용액 속 모든 이온의 농도에 따라 달라질 수 있기 때문이다. (아니 과거의 나야 뭐라 적어놓은거야) 그렇기에 비교할 수 있는 반응 속도를 측정하기 위해서 용액 속 모든 이온의 농도를 일정하게 하는 것이 좋고, 이를 위해서 반응에 참여하지 않는 Na2SO4를 사용한다.

즉, 이온세기 효과에서 아이오드 이온<-> 아이오딘 이온 세기를 일정하게 하기 위해서 사용한다.

 

 2) 기타 실험과정에서의 오류 원인

 이것도 실험하시면서 찾아 적으시면 될 듯 합니다. 

 

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하,,,,,

시험이 곧이라니

믿을수가 없쬬

여러분 모두 화이팅.....

시험과 함께 이 레포트도 뺏기겠지만(아놔 내가 손으로 한땀한땀 적었는데)

그래도 여기에나마 적어놓으면 재수강 할 때엔 도움이 되겠쬬,,,?