[자연과학] 일반화학실험- 화학 반응속도

1. 화학반응속도

▶ 실험목적
화학 반응의 속도는 농도, 온도, 반응 물질의 표면적, 촉매 등 여러 가지 요인의 지배를 받는다. 농도 변화에 따른 반응 속도를 측정함으로써 반응 속도 상수와 반응 차수를 결정할 수 있다.이 실험에서는 소위 시계 반응을 이용하여 반응 속도에 미치는 농도의 영향을 조사하고, 반응 속도 상수 및 반응 차수를 구하는 방법을 실험한다.
▶ 실험이론
화학 반응 속도는 반응물이나 생성물의 단위 시간당 농도 변화로 정의되며, 생성물 중의 하나가 생성되는 속도 또는 반응물 중의 하나가 소모되는 속도를 관찰함으로써 결정되어지며 반응식만으로는 결코 그 값을 알 수 없기 때문에 반드시 실험적으로 결정되어야 한다. 아래의 요오드화 이온과 과산화이황산 이온과의 반응을 가지고 살펴보자.
2I- + S2O82- → I2 + 2SO42- ? (1)
이 반응은 실온에서는 상당히 느리게 진행되는데, 그 반응 속도는 다음 식으로 나타낼 수 있다.
반응 속도 〓 k[I-]m [S2O82-]n ? (2)
여기서 k 는 반응 속도 상수로서 온도의 함수이며, m과 n 은 반응 차수로서 실수이나 주로 0,1,2,3 과 같은 정수의…(생략)

(1) 농도의 영향 : 다른 조건이 모두 같다면 특정한 반응의 진행 속도는 주로 반응물의 농도에 의존한다.반응물의 농도를 증가시키면 반응 속도가 빨라진다.

(2) 반응 온도의 영향 : 반응물의 온도가 높아지면 반응속도가 빨라진다.

(3) 촉매의 영향 ; 촉매는 반응계에 첨가하였을 때 촉매 자체는 반응에서 소모되지 않으나 반응 속도를 빠르게 또는 느리게 해 주는 물질이다. 반응을 빠르게 해 주는 촉매를 정촉매, 더 느리게 해 주는 물질을 부촉매라고 하며 촉매는 반응에 필요한 활성화 에너지를 변화시킴으로써 반응 속도에 영향을 준다.

① 100㎖ 삼각플라스크A(반응플라스크)에 피펫으로 10㎖ 0.2M KI 용액을 정확히 취해서 넣는다.

② 100㎖ 삼각플라스크A(반응플라스크) 5㎖의 0.005M Na2SO3 용액을 피펫으로 정확히 재어 넣은 다음 3-4 방울의 녹말용액을 가한다.

③ 50㎖ 삼각플라스크B에 0.1M (NH4)2S2O8 용액10㎖를 준비한다.(1)

④ 100㎖ 삼각플라스크A(반응플라스크)에 온도계를 꽂고, 초시계를 준비한다.

⑤ 50㎖ 삼각플라스크B 속의 용액을 재빨리 100㎖ 삼각플라스크 A(반응플라스크)에 붓고, 반응 시작시간을 기록하는 동시에 잘 흔들어 준다.

⑥ 청색을 띄는 시간을 기록하고 용액의 온도도 ±0.2℃ 이내의 눈금을 읽어 기록한다.

⑦ 이와 같은 방법을 표에 있는 혼합물을 써서 실시하되, 각 실험 모두 5㎖의 0.005M Na2O3 용액과 3-4 방울의 녹말지시약을 반응플라스크에 넣고 실험한다.(2)

2. 한 반응이 끝나고 다음 반응을 시작 할 때는 앞 실험에서 사용한 플라스크를 잘 씻어서 물기를 가능한 한 없애고 실험한다.

3. 모든 실험에서 온도를 같게 유지한다. 또 어떤 반응이 제대로 진행되지 않을 경우에는 반복해서 실험한다.