[일반화학실험]0.01M 질산은 표준액의 표정 1부

실험 목적

0.01M NaCl 표준액을 이용하여 0.01M 질산은 용액을 표정한다.

 

실험 이론 및 원리

1. 실험 배경

염소이온(Cl-)은 수중에 녹아있는 염화물의 염도를 말한다. Cl-이온 형태의 염소이온은 상수와 폐수 내에 존재하는 무기 음이온의 하나로 자연 광물, 해수 침투와 산업폐수 오염 등에서 유래한다. 특히, 해안지대에는 해수의 침수, 바람에 의한 해수염의 영향에 의해 그 농도는 높다. 그러나 하수, 공장폐수 가정하수 및 분뇨에 의하여 증가하는 것이 보통이다. 이런 점에서 염소이온은 오염의 지표가 된다. 가정하수 중의 염소이온은 음식물로 인한 염화나트륨(NaCl)으로 비롯되며, 또한 정수처리에서 염산, 폴리염화알루미늄 등의 약품주입으로 증가하기도 한다. 염소이온은 물에 맛 이상을 일으키고 또 철관등의 부식을 촉진 시킨다. 또 하수처리에도 영향을 미친다.

유사한 분석항목으로 잔류염소량이 있는데 이는 음용수의 살균을 위하여 수중에 투입한 염소 가스가 수중에 잔류하는 양으로, 이온상태의 Cl-와는 구별된다.

염소이온을 측정하는 방법에는 질산수은을 이용하는 Mercuric Nitrate 방법과 질산은을 사용하는 크롬산칼륨법(Argentometric)이 있다. 여기서 소개하는 크롬산칼륨법은 질산은 적정법이라고도 하며, 염소이온과 질산은이 정량적으로 반응한 다음 과잉의 질산은이 크롬산과 반응하여 크롬산의 침전으로 나타나는 점을 적정의 종말점으로 하여 염소이온의 농도를 측정하는 방법이다. 정량범위는 0.7 ㎎/L이다. 

본 법은 적량의 K2CrO4의 존재하에서 AgNO3 용액으로 적정하면 Ag2CrO4는 AgCl 보다 용해되기 쉬우므로 가한 Ag+은 당량점에 도달할 때까지 Cl-과 반응한다. Cl이 AgCl로써 거의 정량적으로 침전한 후 과잉으로 가한 Ag+은 종말점 이후에 CrO42-와 반응하여 엷은 적황색의 크롬산은이 침전한다. 이를 Mohr법 이라고도 한다. 

2. 침전 적정

침전 반응에 의거한 적정. 정량해야 할 이온과 화학량론적으로 반응해서 난용성 침전이 생기는 물질을 적정제로 하고, 그 표준액을 사용해서 적정을 한다. 생기는 침전의 용해도곱이 작을수록 당량점 부근에서의 이온 농도의 변화는 급격하고 정확한 결과가 얻어진다. 육안으로 종말점을 판단할 수 있는 경우도 있으나, 종말점의 검지에는 보통 지시약이 사용되고, 발색 지시약, 침전 지시약 외에 침전 적정에 특유한 지시약으로 흡착 지시약이 사용된다.

 

3. Mohr 법

AgNO3 표준액을 이용하여 Cl-를 정량할 때, 지시약으로써 크로뮴산칼륨 용액(K2CrO4)을 이용하는 방법을 모르법이라고 한다. 예를 들면, NaCl 용액에 K2CrO4 용액을 소량 가하고, AgNO3표준액에 반응시키면 Cl-가 흰색 결정성 가루 형태의 염화은으로 침전이 종료된 후, AgNO3 표준액에 의해 크로뮴산은의 적갈색 침전물이 생성되므로 이 점을 종점으로 한다. 이와 같은 반응을 이용할 수 있는 이유는 크로뮴산은 쪽이 용해도가 크기 때문이다.

Ag+(aq) + Cl-(aq) → AgCl(s) ↓ (용해도 1.9 × 10-3g/L, 25 C)

2Ag+(aq) + CrO42-(aq) → Ag2CrO4(s)↓ (용해도 2.9 × 10-2g/L, 25 C)

질산은 용액을 표준용액으로 할로겐족 원소인 염소, 불소, 요오드의 각 이온을 적정에 의해 정량하는 방법의 총칭이다. 다음 반응식과 같은 단순한 침전생성반응에 의한 방법이다.

NaCl ＋ AgNO3 → AgCl ＋ NaNO3

식품 중에는 염소이온이 다량 함유되어 있기 때문에 염소이온의 정량법으로 이해되고 있지만 불화물이나 요오드화물을 비교적 다량 함유하는 해초 등에서는 오차가 생긴다. 중성용액하에서 크롬산염을 종점지시약(적갈색으로 발색)으로 적정하는 Mohr법, 질산 산성용액 하에서 염소 이온량보다 지나치게 가한 질산은의 은이온을 티오시안산 이온으로 역적정하여 제2철염을 종점지시약(티오시안산철의 적갈색의 발색)으로 하는 홀할드법이 있다. 또한 종말점에서 전위차 변화로 검출하는 전위차적정장치를 쓰면 지시약이 불필요하고 착색한 식품시료에서도 과잉적정이 되지 않고 정확히 측정을 할 수 있다. 

본 실험에서는 AgNO3 표준용액으로 Cl-이온을 적정할 때 지시약으로 K2CrO4(크롬산칼륨)용액을 이용하는 방법인 Mohr법을 이용한다.

질산은(AgNO3) 용액과 염화나트륨(NaCl)용액을 반응시키면 AgNO3의 Ag+이온은 NaCl의 Cl-이온과 반응하여 AgCl의 침전을 만들게 된다. (적정종말점까지)

AgNO3 + NaCl → AgCl↓ + NaNO3

Cl- 이온이 완전히 소비되면 계속 가하여지는 AgNO3에 K2CrO4와 반응하여 Ag2CrO4의 적갈색 침전을 생성하게 되는데 이때를 반응의 종점으로 한다. (종말점이후)

2AgNO3 + K2CrO4 → Ag2CrO4↓(적갈색) + 2KNO3

실험 기구 및 시약

1. 실험 재료

1) 염화나트륨(NaCl) , 5% 크로뮴산 칼륨(K2CrO4), 질산은(AgNO3), 증류수100㎖, 300㎖비커

2) 12㎖ 주사기, 500㎖비커, 50㎖ 메스실린더, 스포이드, 코니칼 비커1개

 

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