[일반화학실험]수소이온 농도와 지시약 2부

실험 방법

1. 표준용액 제조

1) methyl violet

① 깨끗한 시험관 5개를 준비하고 M1~M5까지 번호를 기록한다.

② 눈금 피펫을 이용하여 M1 시험관에 0.1M HCl 용액 10㎖를 넣는다.

③ 깨끗한 피펫을 이용하여 M1 용액 1㎖를 M2 시험관에 옮기고 여기에 9㎖ 증류수 를 넣은 다음 유리막대로 잘 젓는다.

④ 깨끗한 피펫을 이용하여 M2 용액 1㎖를 M3 시험관에 옮기고 9㎖ 증류수를 넣은 다음 유리막대로 잘 젓는다.

⑤ 위와 같은 방법으로 M4, M5 용액을 만든다.

⑥ M1 용액 절반을 깨끗한 새 시험관에 넣는다. 새로 만든 용액을 B1으로 표시한다.

위와 같은 방법으로 각각 B2~B5 용액을 만든다. 이 B1~B5용액은 bromocresol green 표준용액의 제조에 사용한다.

⑦ M1~M5 시험관에 methyl violet 용액을 한 방울씩 넣는다.

⑧ 각 용액의 색변화를 관찰하고 기록한다.

 

2) bromocresol green

① 위에서 만든 B1~B5 용액에 bromocresol green 용액을 각각 한 방울씩 넣는다.

② 각각의 색변화를 관찰하고 기록한다.

 

3) alizarin yellow R

① 깨끗한 시험관 5개를 준비하고 A1~A5까지 번호를 기록한다.

② 눈금 피펫을 이용하여 A1 시험관에 0.1M NaOH 용액 5㎖를 넣는다.

③ 위에서 M1~M5 용액을 만든 방법으로 A1~A5 용액을 만든다.

④ A1 용액 절반가량을 깨끗한 다른 시험관에 넣는다. 새로 만든 용액을 I1으로 표시한다. 위와 같은 방법으로 각각 I2~I5 용액을 만든다. 이 I1~I5 용액은 indigo carmine 표준용 액의 제조에 사용한다.

⑤ A1~A5 시험관에 alizarin yellow R 용액을 한 방울씩 넣고 색변화를 관찰하고 기록한다.

 

4) indigo carmine

① 위에서 만든 I1~I5 용액에 indigo carmine 용액을 각각 한 방울씩 넣는다.

② 각각의 색변화를 관찰하고 기록한다.

 

각 시험관에 지시약을 넣는 모습

2. 시료용액의 pH 측정

1) 미지 시료 10㎖를 깨끗한 시험관 2개에 나누어 넣는다.

2) 리트머스 종이로 미지시료가 산인지, 염기인지를 확인한다.

3) 용액이 산이면 산의 지시약을 염기이면 염기의 지시약을 넣는다.

4) 표준용액과 색을 비교하여 관찰 기록한다.

 

3. 미지 농도의 산과 염기

1) 아세트산 용액

① 1.0M 아세트산 용액 10㎖를 2개 시험관에 나누어 넣는다.

② 각 시험관에 두 종류의 산 지시약을 각각 넣느다.

③ 산 표준용액과 색깔을 비교하고 결과를 기록한다.

2) 암모니아 용액

① 1.0M 암모니아 용액 10㎖를 2개의 시험관에 나누어 넣는다.

② 각 시험관에 두 종류의 염기 지시약을 각각 넣는다.

③ 염기 표준용액과 색깔을 비교하고 결과를 기록한다.

 

실험 결과

1. 결과 data

시험관 번호	H3O+	OH-	pH	m.violet	b.green
1	10-1	10-13	1
2	10-2	10-12	2
3	10-3	10-11	3
4	10-4	10-10	4
5	10-5	10-9	5

시험관 번호	H3O+	OH-	pH	a.yellow	i.carmine
1	10-13	10-1	13
2	10-12	10-2	12
3	10-11	10-3	11
4	10-10	10-4	10
5	10-9	10-5	9

 

1) Methyl violet 의 경우

이론적인 지시약의 색변화의 경우에는 지시약의 색이 중성일 때 노란색에서 산성으로 갈수록 점차 붉은색으로 변했고, 실험에서도 비슷한 변화의 모습을 볼 수 있었다.

 

2) Bromocresol green 의 경우

이론적인 지시약의 색변화의 경우에는 지시약의 색이 중성일 때 파란색에서 산성으로 갈수록 점차 녹색, 녹색에서 노란색으로 변했지만, 실험에서의 경우 옅은 파란색에서 녹색은 거치지 않고 옅은 노란색으로 변해가는 모습을 볼 수 있었다.

 

3) alizarin yellow R 의 경우

이론적인 지시약의 색변화의 경우에는 지시약의 색이 중성일 때 노란색에서 염기성으로 갈수록 점차 붉은색으로 변했고, 실험에서도 비슷한 변화의 모습을 볼 수 있었다.

 

4) indigo carmine 의 경우

이론적인 지시약의 색변화의 경우에는 지시약의 색이 중성일 때 푸른색에서 염기성으로 갈수록 점차 녹색으로 변했고, 실험에서도 비슷한 변화의 모습을 볼 수 있었다.

 

토의 사항

1. 실험 고찰

염기의 경우에는 이론적인 지시약의 색변화와 실험에서의 색변화가 거의 일치했다. 그러나 산의 경우에는 이론적인 지시약의 색과 실제 실험에서의 색이 일치하지않는 모습을 보였다.

 

2. 오차의 원인

1) 실험 용액 제조 시 피펫을 깨끗이 씻지 않고 계속 사용하여 낮은 농도의 HCl과 NaOH이긴 했지만 조금씩 들어갔다.

2) 지시약을 떨어트릴 때 시험관마다 두 방울 씩 균일하게 떨어트렸으나, 사람의 손으로 떨어트린 것이라 방울의 크기가 일정하지 않았다.

3) 실험과정 중 피펫을 이용하여 용액들을 옮겼을 때, 눈으로 측정하여 정확한 값을 옮 기지 못하였다.

4) 주어진 몰농도로 새로운 몰농도를 만들어나갈때 생긴 약간의 오차가 다음의 새로운 몰농도를 만들때 오차로 이어지면서 마지막 만든 몰농도의 큰 오차로 이어졌다.

 

3. 연습 문제

1) 실험2에서 미지시료 용액의 수소이온과 수산화 이온의 농도는 각각 얼마인가?

H3O+ → 1×10-1 M

OH- → 1×10-13 M

 

2) 실험3에서 측정한 각 용액의 pH는 얼마인가?

CH3COOH → 3

NH4OH → 12~13

 

3) Orange Ⅳ 지시약을 포함하는 아세트산 용액의 색깔은 연한 붉은색이다. 여기에 아세트산나트륨을 넣으면 노란색으로 변한다. 이유를 설명하여라.

Orange Ⅳ의 지시약의 변색 범위가 pH 1.3~3.2 사이인데 붉은색에서 노란색으로 변한다. 그런데, 아세트산 용액은 pH는 거이 3이기 때문에 연한 붉은색을 띄게 된다.

염기성 아세트산 나트륨을 섞으면 pH가 높아져서 노란색으로 변하게 된다.

 

4) 탄산 용액과 염산 용액의 농도가 같음에도 불구하고, 같은 지시약에 서로 다른 색을 나타내는 이유를 설명하여라.

염산 용액의 해리도는 1에 가깝기 때문에 H3O+의 해리도가 낮은 탄산 용액의 H3O+보다 많이 분리된 염산 용액과 탄산 용액의 pH가 다르게 되어서 같은 지시약에 대하여 다른 색을 나타낸다.

 

5) Alizarin yellow R의 화학구조를 알아보고 산성 또는 염기성 용액에서의 반응과 색깔 변화와의 관계를 설명하라.

pH 10~12사이에서 Alizarin yellow R용액은 노란색 → 붉은색으로 변한다.

시험관	농 도		pH	표 준 용 액		실험 2	실험 3
번 호	H2O+	OH-		M. violet	B. green	미지시료	CH3COOH
1 2 3 4 5	1×10-1M 1×10-2M 1×10-3M 1×10-4M 1×10-5M	1×10-13M 1×10-12M 1×10-11M 1×10-10M 1×10-9M	1 2 3 4 5	청록색(파) 군청색(남) 자주 or 보라 자주 or 보라 자주 or 보라	노 랑 노 랑 노 랑 파 랑 파 랑	리트머스색변화 → 붉은색 ․B. green → 노랑 ․M. violet → 군청 (남)	M. violet → 자주 or 보라 B. green → 노랑
번 호	H2O+	OH-	pH	A. yellow	T. carmine	미지 시료	NH4OH
1 2 3 4 5	1×10-13M 1×10-12M 1×10-11M 1×10-10M 1×10-9M	1×10-1M 1×10-2M 1×10-3M 1×10-4M 1×10-5M	13 12 11 10 9	진 노랑 진 노랑 연 노랑 연 노랑 연 노랑	아주 연한 노랑 연한 파랑 연한 파랑 연한 파랑 연한 파랑	I2 N4	A. yellow → 진 노랑 T. carmine → 연한 파랑

① 첫 번째 시료 : pH = -log(1×10-5) = 5

② 두 번째 시료 : pOH = -log(1×10-2) = 2

pH + pOH = 14

∴ pH = 12

 

참고 문헌

1. 화학실험, 화학교재편찬연구회 김중현 녹문당, p 151~155

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