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R이 되므로 기울기로부터 활성에너지 Ea를 구할 수 있다.1 눈금. 실험 이론 요오드화이온과 과산화이황산염과의 반응은 실온에서 비교적 느리게 진행하며 이 실험에서는 이 반응계를 대상으로 반응속도에 미치는 농도,, 2 또는 3과 같은 정수이다. 1몰의 S2O82- 에서는 1몰의 I3가 생기며, 온도 및 촉매의 영향을 조사해 본다. 반응속도상수 k, 온도의 영향을 많이 받는다. 여러 온도에서 k값을 구하고 log k를 다시 1/T 에 대해 도시하면 식 (2)에 따라 직선관계를 얻으며, 활성화 에너지 Ea는 온도에 따른 반응속도 실험에서 각각 계산할 수 있다. 이 식의 바탕이 되는 것은 어떤 반응물질이 반응을 일으키려면 어떤 최소한의 에너지를 필요로 한다는 점이다. 티오황산이온이 없어지자마자 반응 (1)에서 생긴 요오드는 용액 속에 남게 되어 점점 그 농도는 커진다. (3) 여기서 R은 기체상수(gas constant : 1. 따라서 반응 (1)에 생긴 요오드는 용액 속의 티오황산이온과 곧 반응하여 없어지므로 티오황산이온이 있는 한 요오드의  ......

 

 

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[자연과학][일반화학] 반응속도와 농도의 영향

 

[일반화학] 반응속도와 농도의 영향

 

1 .실험 목적 :

반응 속도식과 반응 속도 상수를 이해하고 화학 반응 속도와 반응물의 순간 농도간의 관계를 정립한다.

 

2. 실험 이론

 

요오드화이온과 과산화이황산염과의 반응은 실온에서 비교적 느리게 진행하며 이 실험에서는 이 반응계를 대상으로 반응속도에 미치는 농도, 온도 및 촉매의 영향을 조사해 본다.

(1)

이 반응의 반응속도는 다음 식으로 나타낼 수 있다.

(2)

여기서 k는 반응속도상수(reaction rate constant)이며 m과 n은 반응차수(reaction order)로 0, 1, 2 또는 3과 같은 정수이다. 이온의 농도는 보통 mole/L의 단위로 나타낸다.

반응속도는 (2)식에서 볼 수 있듯이 반응물의 농도뿐만 아니라, 온도의 영향을 많이 받는다. 흔히 온도가 10℃ 올라가면 반응속도는 2배로 된다고 하나 이는 엄격히 성립되는 것은 아니고 때에 따라서는 100℃가 올라가도 반응속도에는 큰 차가 없는 경우도 있다. 농도의 경우와 같이 온도와 반응 속도 사이에는 정량적 관계가 있으나 좀 복잡하다. 이 식의 바탕이 되는 것은 어떤 반응물질이 반응을 일으키려면 어떤 최소한의 에너지를 필요로 한다는 점이다. 이 에너지를 활성화 에너지(activation energy)라 하며 이것은 반응분자가 충돌하는 순간 그 분자가 가지는 운동에너지에서 공급된다. 반응속도상수 k, 절대온도 T 및 활성에너지 Ea 사이에는 다음 식이 성립된다.

(3)

여기서 R은 기체상수(gas constant : 1.99 cal/mole°K)이며, Ea는 cal/mole 단위이다.

여러 온도에서 k값을 구하고 log k를 다시 1/T 에 대해 도시하면 식 (2)에 따라 직선관계를 얻으며, 이 직선의 기울기는 -Ea/2.30R이 되므로 기울기로부터 활성에너지 Ea를 구할 수 있다.

위의 반응속도는 반응의 종말점을 자동적으로 알 수 있는 소위 “시계반응(clock reaction)`이라 불리는 다음 반응을 위의 반응(1)과 같은 그릇 내에서 일으켜 측정한다.

(4)

반응 (4)는 반응 (1)에 비해 빨리 진행된다. 따라서 반응 (1)에 생긴 요오드는 용액 속의 티오황산이온과 곧 반응하여 없어지므로 티오황산이온이 있는 한 요오드의 농도는 영이 된다. 티오황산이온이 없어지자마자 반응 (1)에서 생긴 요오드는 용액 속에 남게 되어 점점 그 농도는 커진다. 이 요오드는 녹말용액과 반응하여 짙은 청색을 생성하므로 쉽게 알 수 있다.

반응 (1)을 티오황산이온과 녹말을 가하여 진행시키면(소위 시계반응), 반응 (1)에서 생긴 I3은 처음 가한 S2O32- 가 완전히 없어질 때까지 용액은 무색이다. 1몰의 S2O82- 에서는 1몰의 I3가 생기며, 이 I3는 반응 (4)에서 2몰의 S2O32-와 반응하므로 처음 가한 S2O32-농도의 반이 남색으로 나타날 때까지 반응한 S2O32-이온의 농도가 될 것이다. 만일 I- 나 S2O82- 보다 소량의 S2O32-이온을 가해 주면 반응이 완결되기 전에 색의 변화가 일어나며, 그 때까지 소비된 반응물질의 양을 알 수 있고, 따라서 반응속도를 측정할 수 있다. 여러 가지 농도의 I- 와 S2O82-를 정확히 재어 물에 녹여 이 보다 소량의 일정한 S2O32- 이온과 녹말 지시약을 가해 변색하는 시간을 측정한다. 실제 여기서 측정하는 것은 일정한 S2O32- 이온이 감소하는데 요하는 시간이다. 반응속도는 단위시간에 감소하는 반응물질의 농도로써 나타내므로 각 용액에 대한 위 실험에서 반응속도에 미치는 농도에서, 활성화 에너지 Ea는 온도에 따른 반응속도 실험에서 각각 계산할 수 있다. 냉각시켜 고체로 상태변화가 일어나기 시작할 때의 온도이다.

 

3. 실험 기구 및 시약

① 기구

그림 1.1 눈금

 
 
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