Cementation 실험 예비 / 결과 레포트

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목차

Ⅰ. 실험제목

Ⅱ. 목 적

Ⅲ. 준 비 물

Ⅳ. 이론적 배경

Ⅴ. 방 법

Ⅵ. 결 과

Ⅶ. 고 찰

본문내용

B의 농도에 비례
반응속도식 v = k [A][B]
반응시간 H2(g)+I2(g) 2HI(g)의 반응에서의 반응속도와 농도
3) 반응속도의 법칙 : 일정한 온도에서 반응속도는 반응물질의 농도의 거듭 제곱에 비례
aA + bB → cC + dD v = k [A]m[B]n
m, n : 반응차수 (반응계수와 항상 같지는 않음) m+n : 전체 반응 차수
4) 반응 차수의 결정 : 실험 결과에 의함
2NO + O2 → 2NO2
이 반응의 속도는 산소의 농도에 비례하고 일산화질소의 농도의 제곱에 비례
∴ 반응속도 v = k [NO]2[O2]
5) 복잡한 반응의 속도식
A + 2B 2C + D
A의 소멸 속도는 B의 이고 C의 생성속도는 D의 생성속도의 2배
aA + bB ---> cC 의 반응식에서 반응 속도를 v 라고 하면,
v = k[A]m[B]n
k는 속도 상수, [A],[B]는 반응물의 농도, m, n은 반응 차수이다.
여기서 a, b 는 m, n 과 같은 값일 수도 있지만 그렇지 않을 수도 있다.
(3) 온 도
1) 일반적으로 10℃ 높아짐에 따라 반응속도는 2배 증가
2) 충돌하는 분자가 반드시 반응을 일으키는 것은 아니고 충분한 에너지 반응
3) 활성화 에너지 (Ea) : 반응물질이 반응을 일으키기 위한 최소한의 에너지 크면 반응속도는 느려지고 작을수록 반응속도는 빨라짐
4) 온도가 높아지면 입자의 평균 운동에너지가 증가하여 활성화 에너지 이상의 에너지 입자의 수 증가 → 반응속도 증가
5) 반응 경로
반응물질의 충돌 → 에너지가 높은 불안정한 상태(전이상태) 의 물질 → 활성화물 → 생성물질
정반응의 활성화 에너지 : Ea
역반응의 활성화 에너지 : Ea'
이 반응의 결과 생기는 에너지의 변화 E = Ea - Ea'
(반응물질과 생성물질의 몰수가 같으면 E = H)
역반응의 활성화 에너지 = 정반응의 활성화 에너지 + 반응열
(4) 압 력
1) 일반적으로 반응계의 압력이 증가하면 반응속도 증가
2) 압력 증가 → 반응계의 부피 감소 → 농도 증가 → 반응속도 증가
(5) 촉 매
1) 촉 매 : 반응경로, 활성화 에너지를 변화시켜 반응속도를 조절하는 물질, 반응에는 참여하지 않음 (반응전후 변화가 없음)
정촉매 : 활성화 에너지를 작게 하여 반응속도는 증가시키는 물질
부촉매 : 활성화 에너지를 크게 하여 반응속도를 감소시키는 물질
2) 균일 촉매 : 반응물질과 상태가 같은 촉매
불균일 촉매 : 반응물질과 상이 다른 촉매
3) 반응경로 : 반응물질 → 촉매에 흡착 → 반응 → 촉매와 분리되는 단계
(6) 반응 메카니즘
1) 반응메카니즘 : 화학반응이 일어나는 여러 단계의 과정
2) 단일 단계 과정 : 여러 단계로 일어나는 반응에서 각 단계의 과정
3) 단일 단계 과정에서 각 반응물질의 반응차수는 반응물질의 계수와 같다
4) 몇가지 반응의 반응메카니즘
H2(g) + I2(g) → 2HI(g)
① H2(g) + I2(g) → (H2I2) (느림) (H2I2) : 활성화물
② (H2I2)* → 2HI(g) (빠름)
4HBr + O2 → 2H2O + 2Br2
① HBr + O2 → HOOBr (느림)
② HOOBr + HBr → 2HOBr (빠름)
③ 2HOBr + 2HBr → 2H2O + 2Br2 (빠름)
5) 위의 두 반응의 전체 반응속도는 가장 속도가 느린 ① 단계의 반응에 의해 달라짐
6) 반응속도 결정 단계 : 여러 단계중 전체 반응속도에 영향을 주는 단계로 느림
Ⅷ. 고 찰
Pb를 얻는 방법 중의 하나인 세멘테이션을 이용하여 Pb 석출하고 실험조건을 각기 달리하여 Pb석출에 영향을 미치는 인자를 알아보았다.
실험시 반응은 다음과 같이 나타났다. 실험조건과 같이 온도 80℃로 올린 후에 NaCl 0.5g을 가하여 10분간 반응을 시켰다. 알루미늄 표면에서 기포가 발생하였으며 검은색의 미세알갱이가 알루미늄에 석출되기 시작했다. HCl 1㎖을 가하여 20분간 반응을 시켰다. 반응이 눈에 띄게 빠르게 진행되었다. 이것은 석출되는 검은색 석출물과 Al이 전자를 잃으면서 산화되는 표면에서 알 수 있었다. 비커 바닥에서는 백색 침전물인 PbCl2을 확인할 수 있었다.
Pb의 석출량은 실험이 종료 알루미늄을 제거후 건조시켜 무게를 측정하여야 하나 시간관계상 Al의 무게변화를 측정하여 Pb의 석출량을 알아보았다. 석출량은 위에 결과 값과 같다.
2조, 4조 결과값이 이상함을 알 수 있다. HCl 1㎖, 2㎖의 80℃에서의 반응이다. 반응이 진행 됨에 따라 Al는 전자를 잃어 무게는 줄어들어야 하나 오히려 증가되었다. Al Foil 표면이 육안으로 확인 가능할 정도로 반응을 했음에도 불구하고 질량이 줄어들었다. 여기서 발생한 오차는 다음과 같다. Pb는 Al에 비해 비중이 크다. 그러므로 소량의 Pb가 Al 주위에 붙어 있다면 무게 변화에 크게 작용한다. Al이 이온으로 빠져나간 것보다 Al 주위에 붙은 Pb의 작은 입자의 무게가 더 많았던 것이다. 새척과 무게 측정과정에서의 실수로 간주된다. 이 결과로 인해서 1조-2조, 3조-4조의 온도가 반응속도에 영향을 미치는지 비교 할 수 없었다.
다음으로 촉매가 반응속도에 영향을 미치는데 이것은 1조, 3조 결과값 비교로 알 수 있다. HCl 2㎖가 1㎖보다 더 적은 무게 변화를 나타내었다. 촉매에는 활성화 에너지를 작게 하여 반응속도는 증가시키는 정촉매와 활성화 에너지를 크게 하여 반응속도를 감소시키는 부촉매로 나눠진다. 적은 무게 변화량으로 볼 때 부촉매 역할을 한거 같다.
시험결과는 이론이 너무 상이한 결과가 나왔다. 오차의 원인은 다음과 같다. 짧은시간 저농도의 수용액으로 실험을 하여 적은 석출물을 얻었다. 이것은 무게 측정시 오차가 만드는 요인이 될 수 있다. 정확한 무게측정을 위해서 Al Foil을 반응전과 반응후의 무게 측정을 4~5회를 측정하였으나 매번 다른 결과 값을 보였다. 여기서의 오차는 아주 적은 석출물을 잴 때 큰 오차로 작용한다. 무게 측정시 주위할 점은 아세톤으로 깨끗한 세척후 건조가 필요하며 Al을 주위에 물체에 접촉을 피한다.

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