[일반화학실험]염소산칼륨 화합물의 조성 백분율 결정

실험 목적

1. 혼합물을 분해하여 날아간 산소의 질량을 알아내어 날아간 산소의 몰수를 알고, 결과로 분해된 KClO3의 몰수를 구하는 실험이다.

2. KClO3의 몰수와 질량 그리고 처음 가열하기 전의 KClO3의 질량 비율을 알아 보는 실험이다.

3. KClO3에 촉매를 넣고 가열하면 KCl과 O2(산소)가 발생하는데 이때 발생하는 산소의 질량을 가지고 거꾸로 KClO3의 양을 추정해보는 실험이다.

 

실험 이론 및 원리

1. 촉매

일반적으로 촉매는 반응 과정에서 소모되거나 변하지 않으면서 반응 속도를 빠르게 만드는 물질을 말한다. 넓은 의미에서 평형 상수에 영향을 주지 않지만, 반응 속도를 변화시키는 물질은 모두 촉매이다. 촉매는 반응에 참여하지만 소모되지 않기 때문에 소량만 있어도 반응 속도에 지속적으로 영향을 미칠 수 있다. 반응을 빠르게 하는 촉매 반응은 더 적은 활성화 에너지를 필요로 한다

 

2. 촉매의 성질

1) 촉매는 직접 반응 물질로 작용하는 것이 아니라 반응 속도만을 조절하는 역할을 하기 때문에 반응 전후 질량이 변하지 않는다.

2) 촉매는 생성 물질을 빨리 얻게 해 줄 뿐 생성 물질의 양을 증가시키지 않는다.

3) 촉매를 사용하면 활성화 에너지는 달라지나 반응열은 변하지 않는다.

4) 촉매는 충돌 횟수를 증가시켜 반응 속도를 빠르게 하는 것이 아니고, 반응이 일어나는데 필요한 활성화 에너지를 감소시켜 반응 속도를 빠르게 하는 것이다.

 

3. 촉매의 종류

1) 균일 촉매 : 반응물과 같은 상(phase)에서 작용.

2) 불균일 촉매 : 반응물과 다른 상(phase)에서 작용.

3) 효소(생체 균일 촉매) : 촉매 작용을 할 수 있는 단백질로, 특정한 반응에만 극적인 영향을 받는 고유성을 지니고 있다

 

실험 기구 및 시약

1. 실험 시약

1) 염소산 칼륨(KClO3)

분자식을 지닌 화합물로, 칼륨, 염소, 산소 원자가 포함되어 있다. 순수 형태에서는 흰 결정 물질이다. 산업용으로 가장 흔한 염소산염이다.

 

2) 염화 나트륨(NaCl)

밀도: 2.17 g/㎤, 녹는점: 801℃, 화학식: NaCl, 몰 질량: 58.44 g/㏖, 끓는점: 1,413℃

염화 나트륨은 염소와 나트륨의 화합물로 식용 소금의 주성분이다. 해수의 염류 중 차지하는 비율이 가장 많다. 염화 나트륨은 나트륨 이온과 염화 이온이 결합하여 극성 구조를 가지기에 같은 극성 용매인 물에 잘 녹는다.염화 나트륨의 결정 구조는 팔면체를 띠는 각 원자는 6개의 가장 가까운 이웃을 가지고 있는 형태이다.

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) KClO3와 NaCl 혼합물 시료 3g을 측정한다.

2) 깨끗하게 씻어서 말린 도가니의 무게를 0.01g의 정확도까지 측정한다

3) 도가니에 혼합물 시료를 넓게 퍼뜨린다.

4) 시료를 서서히 가열해서 시료를 녹으면서 산소를 발생하도록 한다

5) 산소의 발생이 멎은 것 같이 보인 후에도 계속해서 약 5분 동안 가열하고, 산소의 발생이 멎은 것 같이 보인 후에도 계속해서 약 5분 동안 가열하고, 산소의 발생이 완전히 멎었으면 실온으로 냉각시킨 다음 그 무게를 측정한다.

6) 시료의 무게 감소를 구하고 이것으로부터 날아간 산소의 몰수를 계산한다.

7) 발생한 산소의 몰수로부터 몇 몰의 KClO3가 필요한가를 알 수 있으므로, 결국 혼합물 시료 속에 들어 있는 KClO3의 무게를 계산할 수 있다.

 

실험 결과

1. 결과 data

측정 항목		무게	계산식
빈 도가니의 무게		32.516g
KClO3 + NaCl의 무게		2.963g
촉매 MnO2의 무게		0.28g
도가니의 총 무게		35.759g
반응 후 도가니 무게	1차 측정	35.225g
	2차 측정	35.223g
	3차 측정	35.202g
	4차 측정	35.202g
발생한 산소의 양		0.557g
발생한 산소의 ㏖수		0.0174㏖	0.557g O2×(1㏖O2/31.998g O2)
혼합물 중의 KClO3의 ㏖수		0.0116㏖	0.0174㏖ O2×(2㏖ KClO3/3㏖ O2)
혼합물 중의 KClO3의 질량		1.42g	0.0116 ㏖ KClO3 ×(122.55g KClO3/1㏖ KClO3)
혼합물 중의 KClO3의 함량		47.9%	0.479g × 100

 

토의 사항

1. 실험 고찰

빈 도가니의 무게를 재고 촉매의 무게를 알고 도가니 총무게를 재서 빼면 KClO3와 NaCl의 무게를 알 수 있습니다. 이렇게 질량을 구한 도가니의 총무게에서 도가니를 높은 고온에서 가열하여 도가니의 무게를 주기적으로 체크하여 도가니의 무게가 거의 줄지 않을 때 실험을 하게 되면 정확한 값이 나오겠지만 총 4번의 측정에서 35.759g에서 35.202g으로 0.557g정도 줄어들었을때가 산소가 거의 다 분해 되었다고 생각하여 계산하였습니다. 그래서 발생한 산소의 양은 0.557g이고 이 산소의 질량을 가지고 산소의 몰수를 구하고 그 몰수로 KClO3의 몰수비를 이용하여 KClO3의 몰수를 구하고 질량을 구할 수 있었습니다. 본 실험을 통해 KClO3를 가열하면 KCl + O2 즉 산소가 발생하는 것을 알 수 있어 그 산소의 양을 통해 처음 KClO3의 양을 유추해 볼수 있었습니다. 0.479g×100= 47.9% KClO3의 함유량의 비율은 전체 2.9g의 47.9%를 차지하고 있다.