[표준일반화학실험] 22. 평형 상수와 용해도곱 결정 레포트(2)

* 유의: 실험 data 값이 용해도값에 대한 것만 있어 실험B에 대한 자료만 우선 올리고 실험A. 평형 상수에 관한 레포트는 추후에 추가하도록 하겠습니다.

 

 

1. 목적

공통이온 효과를 이용하여 Ca(OH)₂의 용해도곱을 결정할 수 있다.

 

 

2. 실험기구&시약

• 준비된 시약 : 0.1M HCl 표준 용액, 페놀프탈레인 지시약, Ca(OH)₂
• 기구 : 뷰렛, 깔때기 4개, 100mL 비커 4개, 눈금 피펫 2개, 약수저 2개, 유리막대 4개, 온도계, 100mL 삼각플라스크 4개, 100mL 메스실린더 4개, 거름종이 3장, 스탠드, 클램프

 

3. 실험 원리

(1) 수산화 칼슘의 용해도

• 녹지 않고 남아있는 고체 수산화 칼슘은 화학 퍼텐셜이 일정하기 때문에 평형에 영향을 미치지 않아서 평형 상수에 포함시킬 필요가 없으며, 용해도곱은 온도에 따라 다른 값을 갖는다.
• 용해도곱 : 일정한 용매의 양에 녹을 수 있는 용질의 양을 타나내는 용해도와 같은 의미를 갖지만, 물에 잘 녹지 않는 용질의 특성을 나타낼 때 유용하게 사용된다.

 

(2) 공통이온효과 : 수산화 칼슘의 포화 용액에 OH⁻를 더 넣어주면 평형이 왼쪽으로 이동하면서 Ca²⁺의 농도가 감소하고,

Ksp 일정한 값을 유지한다.

 

(3) 실험 반응 : 농도를 알고 있는 NaOH 용액에 수산화 칼슘을 포화시킨 후에 용액 속에 남아있는 OH⁻의 농도를 염산 표준 용액으로 적정해서 결정한다.

 

 

 

4. 실험 과정

1. 100mL 비커 4개에 각각 증류수, 0.10M, 0.050M, 0.025M NaOH 용액을 25mL 눈금실린더로 50mL씩 넣는다.
2. 각 비커에 시약주걱으로 반 정도의 수산화 칼슘 고체를 넣고 10분간 잘 저어서 평형에 도달하도록 한다.
3. 각 비커의 용액을 뷰흐너 깔때기를 이용해서 감압하여 거르고, 거른액을 따로 보관한다. 이 때 거른액이 묽혀지면 안된다는 점에 유의하고, 각 용액의 온도를 기록한다.
4. 거른액 25mL를 눈금 실린더로 취해서 100mL 삼각 플라스크에 담고, 페놀프탈레인 지시약 2~3방울을 가한 다음에 0.10M HCl 표준 용액으로 적정한다.

 

 

5. 실험 결과

	순수한 물	0.10M NaOH 용액	0.050M NaOH 용액	0.025M NaOH 용액
온도(℃)
0.10M HCl의 부피(mL)	8.85	19.70	13.75	10.95
용액 속의 [OH-] (M)	0.0354	0.0788	0.055	0.0438
초기의 [OH-] (M)	-	0.1	0.050	0.025
Ca(OH)2가 녹아서 생긴 [OH-] (M)	0.0354		0.005	0.0188
[Ca2+] (M)	0.0177		0.00250	0.0092
Ca(OH)2의 용해도	0.0177		0.00250	0.0092
Ksp	2.22		6.25	3.11

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- 실험 결과 처리

• 각 비커의 거른액을 적정해서 [OH-]를 계산한다.
• 적정해서 얻은 [OH-]에서 Ca(OH)2를 넣어주기 전의 [OH-](각각 0.0, 0.100, 0.050, 0.025M)을 뺀 값이 Ca(OH)2가 녹아서 생긴 [OH-]에 해당한다. (COMMENT: 0.010이 아니라 0.100인데 오타난 것으로 생각됨)
• [Ca2+]는 ②에서 얻은 [OH-]의 절반에 해당한다.

 

 

 

 

6. 고찰, 생각해볼 사항

(1) 각 용액에서의 Ca(OH)2의 용해도를 비교하고, 용액에 따라 용해도의 차이가 나는 사실을 르샤트리에 원리를 적용하여 설명하여라.

공통이온은 수산화이온이다. 생성물에 해당하는 OH-의 농도를 진하게 하면 르샤틀리에 원리에 따라 그 변화를 줄이기 위해 역반응이 우세해지고 평형이 이동한다. 따라서 OH-농도가 진할수록 용해도가 감소한다.

 

 

(2) 각 용액에서의 용해도곱을 비교하고, 용해도곱이 상수임을 알아보자. 실험에서 얻은 값과 문헌에서 조사한 자료를 비교하여 보아라.

순수한 물 Ksp = 5.5*10^-6

실험에서 얻은 값들을 그래프로 그렸을 때 용해도곱이 상수임을 알 수 있다.

 

 

(3) log[Ca2+]대 log[OH-]를 그래프로 그리고 Ksp를 구하여라.

 

 

x축에 log[OH-], y축에 log[Ca2+] 오른쪽 아래로 내려가는 그래프

 

 

 

(4) 용해도와 용해도곱의 관계를 알아보아라.

 

Ksp가 클수록 용해도도 크다.

 

 

(5)

AgI(s) < CuI(s) < CaSO₄(s)

 

 

(6) 용해도는 침전을 이용한 양이온의 정성 분석에 어떻게 이용되는가?

용해도가 작은 물질일수록 양이온과 음이온이 쉽게 만나 침전을 형성한다. 용해도가 작은 화합물이 먼저 침전이 되므로 분리가 가능하다.