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[자연과학] [일반화학실험] 기체상수의 결정

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작성일18-04-16 19:31

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설명
실험제목
기체상수의 결정
실험목적
일정한 양의 산소를 발생시켜 기체 상수의 값을 결정한다. 제1constituent 의 몰수를n1, 제…(省略) 2constituent 의 몰수를 n2, 이하 제3, 제4, , 제m까지의 몰수를 n3,n4,,nm이라 하고, 그 합을 N몰이라 하면, 제1constituent 의 몰분율 x1은,
x1 〓 n1 / n1 + n2 + ... nn 〓 n1/N
또, 제 2constituent 의 몰분율은
x2 〓 n2 / n1 + n2 + ... nn 〓 n2/N
이하 마찬가지로 제 m constituent 의 몰분율은
xm 〓 nm / n1 + n2 + ... nm 〓 nm/N

2) 부분압력
혼합기체 속에서 각 constituent 기체가 나타내는 압력을 말한다.
② 완전기체 상태방정식

- 낮은 압력과 높은 온도에서 기체는 이상기체의 행동을 보인다. 이 때 혼합기체의 전체압력은 1atm이다. 예를 들면 H2O2나 KClO3의 분해 반응에서 MnO2를 넣으면 이때 MnO2는 활성화 에너지를 감소시켜 반응 속도를 빠르게 한다. 예를 들어 어떤 온도에서 1atm인 산소 1ℓ와 1atm인 질소 1ℓ를 섞어서 2ℓ의 혼합기체를 만들었다면 산소 및 질소의 부분압력은 모두 1/2atm이다. 이것을 돌턴의 부분압력의 법칙이라 한다.
PV 〓 nRT
R 〓 PV / nT MPV / wT (n 〓 w/M)
( M : 기체 시료의 분자량 w : 기체 시료의 질량 )

③ 몰분율과 부분압력

1) 몰분율
어떤 constituent 의 몰수(數)와 전체 constituent 의 몰수와의 비를 말한다. 대부분의 기체는 온도가 충분히 높고, 압력이 충분히 낮은 상태에서 이상기체 상태 방정식 (pV 〓 nRT)을 잘 만족한다.
실험도구
- 시약병 외 기구 장치, 시험관, 스탠드, 조임 클램프, 가열기(분젠 버너), 비이커1L, 온도계, 메스실린더, 약 수저, 저울, MnO2, KClO3, NaHCO3, 파라필름
실험원리

실험원리
실험원리

① 기체의 상태

- 기체의 양과 온도, 부피, 압력 사이의 관계는 기체 상태 방정식으로 주어진다.

④ 촉매

- 촉매란 반응계 내에서 소량 첨가하였을 때 반응 속도만 변화 시키고 자신은 반응 전후에 변화가 없는 물질을 말한다. 즉, 반응물이나 생성물 자체를 변화시키지 못하고 반응 중간 단계에서 반응물과 결합한 후 그 후의 단계에서 본래의 상태로 떨어져 나오므로 자신은 아무런 변화가 없고 반응 메커니즘만 변화시켜 그 속도를 변화시켜 주는 역할을 한다. 이 실험에서는 산소 기체의 압력(p), 부피(V), 몰수(n)와 온도(T)를 측정하여 기체 상수를 결정한다.

① 정촉매 : 활성화 에너지를 감소시켜 반응 속도를 빠르게 해주는 물질
② 부촉매 : 활성화 에너지를 증가시켜 반응 속도를 느리게 해주는
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실험결과/화학




[자연과학] [일반화학실험] 기체상수의 결정


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다. 혼합기체의 전체압력은 각 constituent 의 부분압력의 합과 같다.
MnO2 (Δ)
2 KClO3 (s) ――――→ 2 KCl (s) + 3 O2 (g)
MnO2는 KClO3의 분해 반응에 촉매로 작용하여 산소 발생 속도를 증가시키는 역할을 한다.
촉매는 반응열에 영향을 주지 않으나 반응 메커니즘을 변화시켜 반응 중간과정에서 촉매가 직접 반응에 관여하여 변화를 일으켜 중간 생성물을 만들었다가 최종 반응 단계에서 본래의 상태로 되돌아간다. 이에 대하여 혼합기체 전체의 압력을 전체압력 또는 전압력이라고 한다. 혼합기체에서 각 constituent 기체의 부분 압력은 전체 기체에서 그 기체가 차지하는 몰분율에 비례한다. 이상기체 상태방정식에서 R은 `기체상수`라고하는 기본 상수이다.
(Δ)
NaHCO3 (s) ――――→ NaOH (s) + 3 O2 (g)
이 반응에서 발생한 산소 기체의 부피는 기체 발생 장치에서 밀려나간 물의 부피로부터 계산할 수 있다 그러나 시약병의 위쪽에는 산소 기체와 함께 수증기도 포함되어 있으므로 산소 기체의 압력을 정확하게 알아내기 위해서는 수증기의 부분압력을 보정해주어야 한다.

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