[일반화학실험 A+ 1등 자료] 실험 9. 금속의 활동도 - 산화와 환원 실험 결과 보고서

소개글

[일반화학실험 A+ 1등 자료] 실험 9. 금속의 활동도 - 산화와 환원 실험 결과 보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차


- 실험 데이터 및 처리


Part I: 금속의 반응성


1. 각 금속과 염산 용액 사이에 일어나는 반응의 화학반응식을 적어라.



2. 실험 결과를 토대로 하여 금속의 반응성, 즉 이온화 경향이 큰 순서로 나열하라. 수소(H2)가 전자를 잃고 H+ 이온으로 되려는 경향은 금속의 이온화 경향 순서에서 어느 위치에 있는지 (H)로 표시하라.




Part II: 금속의 활동도


1. 실험에서 반응이 관찰된 경우에 ○표를 하고, 이에 대한 화학반응식을 적어라. 또한 반응이 일어난 경우 어느 것이 산화되고, 어느 것이 환원되었는지 밝혀라.



2. 실험 결과를 토대로 금속의 활동도가 큰 순서로 나열하라.





Part III: 산화-환원 반응


1. 실험 데이터



2. 실험에서 반응이 관찰된 경우, 실험서에 주어진 환원 반쪽반응(reduction half-reactions)을 참고하여 반응의 균형 화학반응식을 적어라. 어느 것이 산화되고, 어느 것이 환원되었는가?



3. 각각의 관찰된 반응에서 색의 변화는 무엇에 기인하는 것인가?




- 실험 결과에 대한 고찰



- 다음의 질문에 답하시오.



1. 알루미늄(Al) 금속은 Cu2+ 이온을 포함하는 용액과 반응하였으나, 구리(Cu) 금속은 Al3+ 이온을 포함하는 용액과 반응하지 않았다. 어느 금속의 활동도가 더 큰가? 이유를 설명하라.


2. 금속들에 대한 완전한 활동도 서열(activity series)을 조사하라. 활동도 서열에 근거하여 Al(s)와 Ag(s) 중 어느 것이 더 좋은 환원제인지 설명하라.


3. Part III에서 실험에 사용한 KMnO4와 FeSO4 용액은 같은 농도이었다. 그러나 색의 변화가 있기까지 떨어뜨린 KMnO4 용액의 방울 수는 FeSO4 용액의 방울 수에 비하여 훨씬 적었을 것이다. 그 이유는 무엇인가?




본문내용

분자가 산소를 얻거나 전자 또는 수소를 \'잃는\' 것, 산화수를 증가시키는 경우를 말한다. 환원 반응은 이온 또는 원자, 분자가 산소를 잃는 경우나 전자 또는 수소를 \'얻는\' 경우, 산화수를 감소시키는 경우를 말한다. 이러한 산화와 환원은 항상 동시에 일어나며 이를 산화 환원의 동시성이라고 한다.
실험에 주로 사용된 기구는 well plate, 사포, 핀셋이 있으며, 주로 사용된 시약은 금속 조각 (Cu, Fe, Mg, Zn, Pb), 2.0M 염산(HCl) 용액, 0.2M 수용액, 0.1 M 수용액, 0.1 M 수용액, 표백제 (4 ~ 5 % NaOCl), 3% 과산화수소()가 있다. 주요 실험 기구의 사용법과 사용 시 유의사항 그리고 용액의 물리/화학적 특성과 사용 시 주의해야하는 사항에 대해 사전에 조사하고 익혀두어야 한다.
본 실험자는 이번 실험 활동을 통하여 금속의 반응성과 활동도 그리고 산화반응과 환원 반응에 대해 이해할 수 있었다.
이번 실험에서는 다소 육안으로 색 변화를 관찰하기에 어려움이 있었으며, 공기 중의 산소와 금속 조각이 반응하면서 이론과는 다른 결론이 도출되었다. 이러한 실험 오차를 줄이기 위해서는 보다 실험에 사용될 금속과 공기와의 접촉을 줄여야 한다. 또한, 사포를 사용하여 금속 조각 표면을 깨끗하게 닦아 주어야 한다. 공기와의 접촉을 줄이는 방법으로는 용액 혼합 후 well plate를 덮개로 닫아주는 방법이 있다. 또한, 반응이 느리게 일어나는 경우를 고려하여 충분한 시간을 두고 색 변화를 관찰한다. 육안으로 명확한 색 변화를 확인하기 어려운 경우의 대안으로 흡광도 측정법을 활용하여 색을 비교/관찰을 하는 방법이 있다. 이러한 방법을 활용하면 명료한 결론을 도출할 수 있을 것으로 사료된다.
다음의 질문에 답하시오.
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1. 알루미늄(Al) 금속은 Cu2+ 이온을 포함하는 용액과 반응하였으나, 구리(Cu) 금속은 Al3+ 이온을 포함하는 용액과 반응하지 않았다. 어느 금속의 활동도가 더 큰가? 이유를 설명하라.
금속의 활동도가 크다는 것은 금속의 반응성이 크다는 것을 의미한다. 금속의 반응성은 금속 원자가 산화되어 양이온이 되려는 경향을 말한다. 따라서 활동도가 큰 금속은 비교적 활동도가 작은 이온을 포함하는 용액과 반응하여 산화되며, 이에 따라 일반적으로 활동도가 비교적 작은 이온이 포함된 용액은 환원 반응이 일어난다. 반대로 활동도가 작은 금속은 활동도가 비교적 큰 이온을 포함하는 용액과 반응하지 않는다.
알루미늄() 금속과 를 포함하는 용액과의 반응은 다음과 같다.
위 반응에서 알루미늄의 산화수는 0에서 +3으로 증가하였으며, 구리의 산화수는 +2에서 0으로 감소되었음에 따라 각각 산화 반응과 환원 반응이 일어났다.
활동도가 큰 금속은 비교적 활동도가 작은 이온을 포함하는 용액과 반응하여 산화되며, 활동도가 비교적 작은 이온이 포함된 용액은 환원이 된다는 이론에 따라 알루미늄()의 활동도가 더 크다는 것을 알 수 있다.
2. 금속들에 대한 완전한 활동도 서열(activity series)을 조사하라. 활동도 서열에 근거하여 Al(s)와 Ag(s) 중 어느 것이 더 좋은 환원제인지 설명하라.
금속들에 대한 완전한 활동도 서열은 다음과 같다.
좋은 환원제는 자신은 산화되면서 다른 물질은 환원시키는 특성이 큰 물질을 의미한다. 금속의 활동도 서열이 높을수록 자신은 산화되면서 다른 물질은 환원시키는 특성이 크다. 따라서 금속의 활동도 서열이 높은 것이 좋은 산화제라고 할 수 있다.
Al(s)가 Ag(s)보다 활동도 서열이 높기 때문에 자신은 산화되며 다른 물질은 환원시키는 특성이 크고 더 좋은 환원제라고 할 수 있다.
3. Part III에서 실험에 사용한 KMnO4와 FeSO4 용액은 같은 농도이었다. 그러나 색의 변화가 있기까지 떨어뜨린 KMnO4 용액의 방울 수는 FeSO4 용액의 방울 수에 비하여 훨씬 적었을 것이다. 그 이유는 무엇인가?
의 알짜 이온 반응식은 다음과 같다.
철이 망가니즈보다 산화되려는 특성이 크다. 따라서 위 반응에서 5몰의 가 5개의 전자를 내놓으면서 산화되고 1몰의 가 5개의 전자를 흡수하며 환원된다. 즉, 1몰의 와 5몰의 가 반응하기 때문에 색변화가 있기까지 떨어뜨린 용액의 방울 수는 용액의 방울 수에 비하여 훨씬 적었던 것이다.
참고문헌
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서적 미 참조.

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