Top 44 시계 반응 실험 Trust The Answer

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[하.또.실] 아이오딘 시계 반응⏰(란돌트 반응) (고등학생 화학 실험)

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마법인가, 과학인가? 시계 반응 실험 : 네이버 블로그

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[일반화학실험] 24 시계반응 실험(반응속도에 미치는 농도의 영향) 레포트 (보고서

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[일반화학실험] 24. 시계반응 실험(반응속도에 미치는 농도의 영향) 레포트 (보고서

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1. 목표

시계 반응을 이용해서 반응 속도의 차이가 큰 반응 단계가 연속적으로 일어나는 화학 반응의 특성을 알아본다.

2. 기구&시약

시약 : 삼각 플라스크 50 mL, 100 mL, 피펫 5 mL, 10 mL, 20 mL, 눈금 실린더 10 mL, 온도계 (1~100 ℃), 스톱워치, 스포이드, 씻기병, 고무채우게

시약 : 0.20M KI, 0.10M (NH4)2S2O8, 0.005M Na2S2O3, 0.20M KCl, 0.10M (NH4)2SO4, 녹말 지시약

(시약조사는 따로 안함)

3. 원리

(1) 시계 반응 : 반응 속도 결정 단계가 포함된 메커니즘으로 일어나는 반응에서 정해진 양의 반응물이 모두 반응하고 난 뒤 색깔을 띠어서 반응에 소요된 시간을 알려주는 반응

(2) 대표적인 아이오딘 시계 반응

① NaHSO3와 KlO3의 반응

일정한 온도에서 NaHSO3 용액의 농도를 변화시키면서 일정 농도의 KlO3 용액과 반응시켰을 때(또는 그 반대도 가능), 생성된 아이오딘(I2)이 용액 속에 넣어둔 녹말과 반응하여 청자색이나 갈색이 나타나는 순간까지의 시간을 측정함으로써 반응 속도를 비교할 수 있다.

② KI와 (NH4)2S2O8의 반응 – 표준일반화학실험반응

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4. 유의사항

두 용액의 온도를 일정하게 한 후에 반응 속도를 측정한다.

피펫의 용액은 남아 있지 않도록 해야 하며 사용하던 시험관, 피펫 등을 바꿔 사용하지 않도록 한다.

소량을 희석할 경우 눈금 실린더를 사용하기보다는 피펫으로 필요한 만큼의 증류수를 첨가하는 것이 오차가 작다.

이 실험은 일정한 온도에서 해야 한다.

진한 청색이 나타날 때까지 걸리는 시간은 1분 이내이다.

녹말 지시약은 2 g의 수용성 녹말을 HgCl2(방부제) 5mg과 함께 물 1 L에 넣고 가열해서 녹말을 모두 녹인 후에 식혀서 사용한다.

(NH4)2S2O8 용액은 오래 방치하면 분해되므로 사용 직전에 만드는 것이 가장 좋다.

5. 실험 과정

반응 100mL 삼각 플라스크 50mL 삼각 플라스크 1 10.0mL 0.20M KI 10.0mL 0.10M (NH 4 ) 2 S 2 O 8 2 5.0mL 0.20M KI 10.0mL 0.10M (NH 4 ) 2 S 2 O 8 5.0mL 0.20M KCl

3 10.0mL 0.20M KI 5.0mL

5.0mL 0.10M (NH 4 ) 2 S 2 O 8

0.10M (NH 4 ) 2 SO 4 4 10.0mL 0.20M KI 2.5mL

7.5mL 0.10M (NH 4 ) 2 S 2 O 8

0.10M (NH 4 ) 2 SO 4 5 4.0mL

6.0mL 0.20M KI

0.20M KCl 10.0mL 0.10M (NH 4 ) 2 S 2 O 8 6 7.5mL

2.5mL 0.20M KI

0.20M KCl 7.5mL

2.5mL 0.10M (NH 4 ) 2 S 2 O 8

0.10M (NH 4 ) 2 SO 4

실험 결과를 얻기 위해서는 다음의 반응 혼합물 중에서 적어도 3가지 이상의 실험을 해야 한다. 피펫을 사용해서 100mL 삼각 플라스크와 50mL 삼각 플라스크에 용액을 정확하게 측정해서 넣는다. KI와 (NH4)2S2O8 용액의 부피는 피펫으로 정확하게 측정해야 하지만, KCl과 (NH4)2SO4용액은 눈금 실린더로 측정해도 된다. 100mL 플라스크에 온도계를 넣고, 초까지 읽을 수 있는 시계를 준비한다. 100mL 플라스크에 0.005M Na2S2O3 용액 5.00mL를 정확하게 측정해서 넣고, 녹말 지시약 몇 방울을 넣는다. 50mL에 담긴 용액을 손실이 없도록 조심해서 재빨리 100mL 플라스크에 붓고, 반응 시작 시간을 기록하거나 스톱워치를 작동시키고, 잘 흔들어준다. 용액이 진한 청색으로 바뀔 때까지 걸리는 시간을 측정해서 기록하고, 용액의 온도를 기록한다. 다른 혼합물을 넣기 전에 플라스크를 깨끗이 씻고 가능한 한 물기를 없애는 것이 좋다.

6. 실험 결과

반응 혼합물 변색까지 걸린 시간 (t) [ I – ] [S2O8^2- ] 상대 반응 속도 (100/t) 1 50S 0.20M * 10.0 / 15.0 = 0.133M 0.10M 2.00 s^-1 2 93S

0.20M * 5.0/15.0 = .

.667M 0.10M 1.08 s^-1 3 147S

0.20M * 10.0 / 15.0 = 0.133M 0.10M * 5.0/10.0 = 0.050M 1.47 s^-1

– 실험 결과 처리

반응 혼합물에서 처음에 넣어준 [I-]와 [S2O8^2- ]의 농도를 계산한다.

용액이 청색으로 변할 때까지 걸리는 시간은 용액에 넣어준 싸이오황산 이온이 모두 없어질 만큼의 I3-가 만들어질 때까지 걸리는 시간이다. 따라서 반응 속도는 측정한 시간의 역수에 비례하게 된다.

3 가지 이상의 실험 결과를

에 넣어주면 속도 상수 k와 반응 차수 m, n을 얻을 수 있다. 예를 들어서 1번의 속도를 2번의 속도로 나누어준 결과와 1번의 속도를 3번의 속도로 나누어준 결과를 이용하면 m과 n을 얻을 수 있고, 이 값을 이용하면 각각의 반응 혼합물에서의 속도 상수 k를 결정할 수 있다. 이 경우에 반응 차수는 정수가 되어야 한다. 가능하면 많은 종류의 반응 혼합물을 이용한 실험을 해서 m, n, k 값을 얻고, 속도 상수는 평균값을 기록한다.

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COMMENT)

유효숫자 두 자리로 맞추면 m과 n이 약 1에 가까이 나올 것 같습니다.

이상적인 실험결과를 맞추기 위해 반응차수를 정수로 표현했지만, 실제로 실험을 하다보면 정수로 나오지 않고 소수점까지 나오는데 이 소수점을 정수로 맞추지 말고 모두 표현해주는 것이 정확하다고 하니 참고바랍니다.

그리고 반응물의 농도를 계산할 때 많이들 하는 실수가 반응하고 나서의 농도를 구하려고 하는 점입니다. 이는 완전한 오개념입니다. 반응속도는 반응하기 전! 즉 반응물들의 농도에 의해 결정이 됩니다. 따라서 반응시키기 전 농도를 구해줘야함을 꼭 기억해야합니다. 이때 플라스크에 KCl과 (NH4)2SO4를 넣으면서 I-와 S2O8^2- 농도가 묽혀지게 됩니다. 그래서 묽힘 공식을 이용해 반응시키기 전 각각의 플라스크에 들어있는 농도를 구해주면 됩니다.

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참고문헌

표준일반화학실험, 대한화학회, 201~207p

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[화학 반응 속도] 시계 반응 실험 ★

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[화학 반응 속도] 시계 반응 실험

—————————————————

1. 실험 목적

화학 반응 속도는 ① 반응물 농도, ② 반응 온도, 그리고 ③ 촉매의 영향을 받는다.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/10421 )

이 실험에서는 반응물의 농도 변화에 따른 반응 속도를 측정함으로써

반응 속도에 미치는 농도의 영향을 알아보고, 또한 반응 차수 및 속도 상수를 구한다.

2. 이론

> 반응 속도: 시간에 따른 반응물 또는 생성물의 농도 변화

> 속도 법칙: 반응 속도를 속도 상수와 반응물의 초기 농도와의 관계로 나타낸 식

( 참고 https://ywpop.tistory.com/2668 )

반응 속도는 단위 시간당 반응물 또는 생성물의 농도 변화로 정의되며,

반응물 중의 하나가 소모되는 속도

(또는 생성물 중의 하나가 생성되는 속도)를 관찰하여 결정할 수 있지,

화학 반응식만으로는 결코 그 값을 알 수 없다.

즉, 반응 속도는 실험을 통해서만 결정할 수 있다.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/30 )

여기서 k는 속도 상수, m과 n은 반응 차수이다.

반응 차수는 실험에 의해 결정되며(보통 0, 1, 2와 같은 정수),

화학양론적 계수인 a, b와는 무관하다.

다음과 같은 요오드화 이온과 과산화이황산 이온과의 반응을 살펴보자.

여기서 이온의 농도는 mol/L로 나타낸다.

반응 속도는 (2)식에서 보듯이 반응물의 농도에 영향을 받는다.

이 밖에도 반응 속도는 온도와 촉매의 영향을 받지만

이 실험에서는 반응 속도에 미치는 농도의 영향만을 살펴볼 것이다.

반응 (3)은 반응 (1)에 비하여 훨씬 빨리 진행된다.

그러므로 반응 (1)에서 생성된 I2 분자는

같은 반응 용기에 들어 있는 S2O3^2- 이온과 재빨리 반응하여 없어지게 되어

S2O3^2- 이온이 완전히 소모되지 않은 한 I2 분자의 농도는 영(zero)이다.

반응이 진행되어 S2O3^2- 이온이 모두 소모되면

반응 (1)만이 일어나므로 I2 분자가 용액 속에 남게 된다.

이 I2 분자가 녹말과 반응하여 청색의 착물을 형성,

그 결과 용액의 색깔이 청색을 띠게 되어

일정량의 S2O3^2- 이온이 모두 반응하여 없어지는데

소요되는 시간을 알 수 있게 된다.

반응 (1)에서 1몰의 S2O3^2- 이온에 의해서 1몰의 I2 분자가 생성되는데,

이 1몰의 I2 분자는 반응 (3)에 따라 2몰의 S2O3^2- 이온과 반응한다.

그러므로 반응이 시작되어 청색이 나타나는 순간까지 소모된 S2O3^2- 이온의 몰수는

따라서 일정량의 I^- 이온 및 S2O3^2- 이온의 양을 정확히 재어 반응 용기에 넣고,

여기에 정확한 양을 알고 있는 소량의 S2O3^2- 이온 및 녹말을 가하여,

반응이 시작되는 순간부터 용액이 변색될 때까지의 시간을 측정하면

일정량의 반응물이 반응하는데 소요되는 시간을 알 수 있으므로 반응 속도를 구할 수 있다.

반응 속도는 단위 시간에 감소하는 반응물의 농도로써 주어지므로

여러 가지 농도를 써서 위와 같은 실험을 하면

반응 속도를 구하는데 필요한 데이터를 얻을 수 있다.

3. 기구 및 시약

4. 실험 방법

1) 다음 표와 같은 용액을 조제한다.

2) 100 mL 삼각 플라스크(반응 플라스크) 및 50 mL 비커에

조제한 용액을 상기 표의 양만큼 피펫을 사용하여 각각 정확하게 가해 놓는다.

3) 반응 플라스크에 magnetic bar를 넣고 교반기를 작동시킨다. 초시계를 준비한다.

4) 50 mL 비커 속의 용액을 신속하게 반응 플라스크에 가한다.

동시에 반응 시작 시간을 기록한다.

5) 반응 용액이 청색으로 변할 때까지의 시간을 기록한다.

1) 녹말 용액 조제법: 끓고 있는 증류수 50 mL에 약 0.5 g의 녹말을 넣고

맑은 용액이 될 때까지 끓인다(100 mL 삼각 플라스크 사용).

2) (NH4)2S2O8 용액은 오래(며칠 동안) 방치하면 분해되므로

사용 직전에 조제한다.

3) 반응 혼합물을 희석시킬 때(똑같은 양, 50 mL로 만들 때)

물 대신 KCl 용액을 사용하는데 이것은 반응 속도에 영향을 미치는

반응 혼합물의 이온 세기를 일정하게 유지하기 위함이다.

※ 자료 처리에 대한 내용은 [첨부 파일]을 참고하세요.

시계반응실험(수정).hwp 0.05MB
[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/26 ] 1차 반응
[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/25 ] 2차 반응
[키워드] 시계 반응 기준문서, 시계 반응 실험 기준문서, 시계 반응 사전, 시계 반응 실험 사전
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화학반응속도 실험

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화학 반응이 일어나는 속도는 농도와 밀접한 관계가 있습니다.

‘농도가 높다’는 것은 같은 공산 속에 반응 할 수 있는 물질이 많다는 것인데, 반응할 물질이 많아 반응을 빨리 일으키는 것을 ‘반응속도가 빠르다’고 말합니다.

즉, 농도가 높을수록 반응 속도는 빨라 집니다.

반대로 농도가 낮으면 반응은 느리게 일어나겠지요.

이 현상을 한번에 알아볼 수 있는 실험이 ‘란돌트(Landolt)반응’으로 잘 알려진 ‘시계반응’입니다.

란돌트(Landolt)의 시계반응

두 용액의 혼합물이 잠시 색이 없는 상태로 있다가 갑자기 색이 변하는 반응으로, 아이오딘산 칼륨 용액(KIO 3 ; potassium iodate)과 메타중아황산나트륨 용액(Na 2 S 2 O 5 ; sodium metabislfite)에 의해 생성된 아이오딘 이온(I 3 -)이 용액 속 녹말과 만나 색이 변하게 되는데, 색이 변하는 반응 전에 용액 속의 황산이온(HSO 3 -)과 먼저 반응하여 황산이온이 없어질 때 까지 색 변화가 멈추어 있다가 황산 이온이 완전히 없어지면 그때 색이 한꺼번에 변하는 반응입니다.

* 실험 준비물

요오드산 칼륨(KIO 3 ; potassium iodate), 아황산수소나트륨(NaHSO 3 ; sodium bisulfite), 녹말(starch), 증류수, 눈금실린더, 부피플라스크, 비커, 전자저울, 유리막대, 약수저

* 실험 방법

1. KIO 3 용액(P)과 NaHSO 3 용액(S)을 다음과 같이 만든다.

* P용액 : 0.05 M KIO 3 1.0 L

→ 10.7 g의 KIO 3 가루를 600 mL 가량의 증류수에 완전히 녹인 후 증류수를 더 넣어 1.0 L가 되도록 함.

* S용액 : 0.05 M NaHSO 3 용액 + 녹말 용액 1.0 L

→ 2.6 g의 NaHSO 3 를 600 mL 가량의 증류수에 완전히 녹인 후 1%의 녹말용액(물89.1 mL + 녹말 0.9 g) 90 mL를

넣고 증류수를 더 넣어 1.0 L가 되도록 함.

2. 위에서 준비한 용액을 아래 표와 같이 희석한다.

P 용액 번호 0.5 M KIO 3

용액 부피(mL) 증류수

부피 (mL) S 용액 번호 0.05 M NaHSO 3 용액 부피(mL) 증류수

부피 (mL) P1 50 0 S1 50 0 P2 42 8 S2 42 8 P3 36 14 S3 36 14 P4 32 18 S4 32 18 P5 28 22 S5 28 22

3. 준비된 P비커를 들고 S비커에 동시에 부어 넣는다.

4. 색 변화를 관찰한다.

반응속도[反應速度, reaction rate]
단위 시간당 반응물질의 농도 변화 또는 단위시간당 생성물질의 농도 변화를 반응속도라고 한다.

자동차의 속력은 일정 시간 동안에 간 거리를 말한다.

즉,

$$ \frac{h_{2}-h_{1}}{t_{2}-t_{1}}= \frac{\Delta h}{\Delta t} $$

예를 들면, 30분 동안에 자동차가 45 km를 갔다면 그 자동차의 속력은 90 km/h가 되며, 그 값이 클수로 자동차는 빠른 속력으로 움직이는 것을 의미한다.

이와 비슷하게 반응속도는 일정 시간 동안의 반응물질 또는 생성물질의 농도 변화를 말한다.

일정한 시간 동안에 반응물질의 농도 변확 크면 클수록, 또는 생성물질의 농도 변화가 크면 클수록 반응속도는 크다.

반응 Reactant → Product의 경우,

$$ v= \frac{\Delta [P]}{\Delta t}= -\frac{\Delta [R]}{\Delta t} $$

이 된다.

위 식에서 반응속도를 반응물질의 농도 변화로 나타낼 때 ( – )를 붙인 것은 반응속도는 음의 값을 가질 수 없으므로 그 값을 양수로 만들어 주기 위한 것이다.

시계반응

HSO 3 -이온이 있는 어떤 용액에 IO 3 -의 용액, 그리고 녹말 용액이 섞이면 이 혼합물은 잠시동안 무색으로 있다가 갑자기 짙은 푸른색으로 변한다. 이러한 관찰은 1880년경에 Landolt에 의해 처음으로 보고되어 이 시계반응을 Landolt 반응이라고도 한다. 반응속도는 혼합물과 IO 3 -이온의 초기 농도에 따라 변하며, 혼합물의 온도와 용액의 pH에 따라 변한다. 시계 주기는 혼합물에 들어 있는 이온의 농도에 반비례하며, 온도가 높을수록, pH가 낮을수록 짧아진다. 이 반응은 I 3 -나 I 5 -가 아밀로오스의 나선구조 사이에 끼어 색이 나타나는 것으로 전체 과정은 다음 일련의 식으로 나타낼 수 있다.

IO 3 -(aq) + 3HSO 3 -(aq) → I-(aq) + 3SO 4 2-(aq) + 3H+(aq) ····· ①

IO 3 -(aq) + 8I-(aq) + 6H+(aq) → 3I 3 -(aq) + 3H 2 O(l) ····· ②

I 3 -(aq) + HSO 3 -(aq) + H 2 O(l) → 3I-(aq) + SO 4 2-(aq) + 3H+(aq) ····· ③

2I 3 -(aq) + 녹말 → 녹말-I 5 -착물(푸른색) + I-(aq) ····· ④

반응①에서 HSO 3 -이온은 IO 3 -이온을 I-이온으로 환원시킨다. ②에서 I-이온은 IO 3 -이온에 의해 I 3 -이온으로 산화된다. I 3 -이온은 반응④에서 용액을 푸른색으로 변하게 하는데 ③의 반응이 먼저 일어나 푸른색을 나타내지 못하게 한다. 반응③에서 I 3 -이온은 HSO 3 -이온에 의해 I-이온으로 환원되는데 HSO 3 -이온이 모두 소모될 때까지 이 반응이 일어나 ④의 반응을 지연시킨다. 이 시간이 시계 주기이다. 만약 HSO 3 -이온의 초기 농도가 IO 3 -이온이 초기 농도의 3배보다 크면 반응②에서 생성된 모든 I 3 -이온을 소모해 색 변화가 일어나지 않는다.

시계 반응 실험은 온도에 의한 영향을 매우 크게 받는다. 여름에는 실험이 잘 되어도 겨울이 되면 시험이 잘 안될 가능성이 크다. 따라서 겨울철에는 농도를 조금 더 진하게 하거나 실내 온도를 20℃ 이상으로 유지해야 한다.

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[일반화학실험] 24. 시계반응 실험(반응속도에 미치는 농도의 영향) 레포트 (보고서

[화학 반응 속도] 시계 반응 실험 ★

시계반응 – 화학반응속도 실험

시계반응

시계 반응 실험

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화학반응속도 실험

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마법인가, 과학인가? 시계 반응 실험 : 네이버 블로그

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