본문내용
1. 서론
1.1. 관련 이론 및 관련식
관련 이론 및 관련식은 다음과 같다.
가역 반응에서 반응물과 생성물의 농도 사이에는 일정한 관계가 성립하는데, 이를 질량 작용 법칙(law of mass action)이라 한다. 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.
n1A + n2B + ····· ⇌ n1'A' + n2'B' + ·····
{ { {C }`_{A' } ^{ {n }_{1 } } } · { {C }`_{B' } ^{ {n }_{2 } } }····· } / { { {C }`_{A } ^{ {n }_{1 } } } · { {C }`_{B } ^{ {n }_{2 } } }····· } = K
여기서 CA, CB, ···, CA', CB', ···는 A, B, ···, A', B', ···의 평형 상태에서의 농도이고, K는 평형 상수(equilibrium constant)이다. 평형 상수 K는 온도에만 의존하며 농도에 무관한 상수이다.
이 관계식을 응용하면 초산(CH3COOH)과 에탄올(C2H5OH)의 가역 반응인 다음 반응에 대한 평형 상수를 구할 수 있다.
CH3COOH + C2H5OH ⇌ CH3COOC2H5 + H2O
초기 반응물의 농도를 a, b, c라 하고, 평형 상태에서 남아있는 초산의 농도를 x라 하면 각 물질의 평형 농도는 다음과 같다.
초산: (a-x)
에탄올: (b-(a-x))
에틸아세테이트: (a-x)
물: (c+(a-x))
이를 바탕으로 평형 상수 K는 다음과 같이 구할 수 있다.
K = {(a-x)·[c+(a-x)]}/{x·[b-(a-x)]}
따라서 초산, 에탄올, 물의 초기 농도 a, b, c와 평형 상태에서의 초산 농도 x를 알면 평형 상수 K를 계산할 수 있다.
1.2. 실험 장치 / 기구 / 시료
실험 장치 / 기구 / 시료는 다음과 같다.
장치로는 스탠드, 저울, 뷰렛, 클램프, 워터배스, 가스 불꽃 등이 사용되었다. 기구로는 메스실린더, 삼각플라스크, 뷰렛, 측정 피펫, 시험관, 둥근바닥플라스크 등이 사용되었다. 시약으로는 초산, 에탄올, 1N NaOH 표준액, 3N HCl, 페놀프탈레인 지시약 등이 사용되었다.
스탠드와 저울은 질량 측정에 사용되었고, 뷰렛과 클램프는 적정 실험에 사용되었다. 워터배스와 가스 불꽃은 반응 용기 제작에 사용되었다. 메스실린더는 부피 측정에, 삼각플라스크는 적정 실험에 사용되었다. 뷰렛과 측정 피펫은 정확한 부피 측정에 사용되었고, 시험관은 반응 용기로 활용되었다. 둥근바닥플라스크는 노르말 농도 용액 제조에 사용되었다.
초산과 에탄올은 반응물로, NaOH 표준액과 HCl은 적정에 사용되었다. 페놀프탈레인 지시약은 적정 종말점 확인에 사용되었다.
이와 같은 다양한 장치, 기구, 시약들이 화학 평형 반응 연구에 필요했다.
1.3. 관련 물리상수 및 안전 유의 사항
관련 물리상수 및 안전 유의 사항은 다음과 같다.
Table 1. 물질의 물리적 성질
물질 밀도(g/cm3) 녹는점(℃) 끓는점(℃) 분자량(g/mol)
초산 1.049 16.7 118.1 60.05
에틸아세테이트 0.901 -82.4 79.1 88.11
에탄올 0.789 -114.6 78.1 46.07
염산(HCl) 1.180 -114.2 -85.5 36.47
수산화나트륨(NaOH) 2.130 319 1390 40.07
페놀프탈레인 - - - -
페놀프탈레인 지시약은 pH 8.3 - 10.0 범위에서 무색에서 붉은색으로 변색된다.
염산(HCl)은 이 반응의 촉매이다. 염산을 가하지 않으면 상온에서 1주일 동안 방치해도 평형 상태에 도달하지 않는다.
수산화나트륨(NaOH)은 강한 부식성이 있는 강염기이므로 취급 시 주의가 필...
