산-염기 적정(Acid-base Titration)

◎ 실험제목: 산-염기 적정(Acid-base Titration)

 

◎ 실험목적

1) 산과 염기의 중화반응을 이해한다.

2) 적정에 관하여 이해한다.

3) 당량에 대하여 이해한다.

 

◎ 실험원리

- 많은 종류의 화학 분석은 적정(titration)에 의하여 수행할 수 있는데, 이것을 노르말농도를 미리 알고 있는 표준 시약을 미지 시료에 가하는 방법이다. 미지 시료와 완전히 반응하는 표준 시약의 부피를 정확히 측정하면, 미지 시료의 농도를 구할 수 있게 된다. 미지 시료와 완전히 반응하는 표준 시약의 부피를 정확히 알기 위해서는 반응이 완결되었을 때 당량점(end point)을 알 수 있는 방법이 필요하다. 이러한 목적에 사용되는 것이 지시약(indicator)이다.

산과 염기가 반응하면 정량적으로 중화되어 염과 물이 생긴다.

 

HCl + NaOH → NaCl + H2O

 

이 때 염기(또는 산)의 농도와 부피를 알면 이와 반응하는 산(또는 염기)의 농도는 쉽게 계산된다.

 

N : 농도를 알고 있는 용액의 노르말 농도

NV = N'V' V : 농도를 알고 있는 용액의 부피

N' : 농도를 모르는 용액의 노르말 농도

V' : 농도를 모르는 용액의 부피

 

산, 염기 적정의 종류와 그 때 사용되는 지시약은 아래와 같다.

 

● 강한 산과 강한 염기의 중화

- HCl과 NaOH의 중화의 경우, 당량점은 pH 7이며, 당량점 전후에는 적정액의 아주 적은 양에 의해서도 pH 변화가 대단히 크기 때문에 크기 때문에 pH4~10에서 변색되는 지시약을 사용한다. 가장 흔히 쓰이는 지시약으로는 페놀프탈레인(phenolphthalein)(무색산성 → 분홍색염기성)을 꼽을 수 있다.

 

● 약한 산과 강한 염기의 중화

- 초산과 NaOH의 적정이 그 좋은 예로 당량점에서 생기는 염이 가수분해되어 알칼리성을 나타내므로 당량점의 pH는 7보다 크다. 따라서 보통 pH7~10에서 변색되는 지시약을 사용한다. 주로 페놀프탈레인을 쓴다.

 

● 강한 산과 약한 염기의 중화

- 암모니아수를 HCl로 적정하는 경우와 같이 생성된 염의 가수분해로 인하여 당량점에서의 pH는 7보다 낮아서 pH7 이하에서 변색되는 지시약을 사용한다.

자주 쓰이는 지시약으로는 메틸오렌지(methyl orange)(붉은색pH3.1 → 노란색pH7.9) 및 메틸레드(methyl red)(붉은색pH4.2 → 노란색pH6.3) 등이 있다.

이 실험에서 표준화된 염기(NaOH)로 약 0.1N 농도의 산(HCl) 용액을 적정하여 HCl의 정확한 농도를 결정하려고 한다.

 

◎ 실험기구 및 시약

- 비커(beaker). 스탠드(stand), 뷰렛클램프(buret clamp), 피펫(pipette), 용량플라스크(volumetric flask), 삼각플라스크(erlenmeyer flask), 뷰렛(buret), 메스실린더(graduated cylinder), 스포이트(medicine dropper) 등

- 표준화된 NaOH 용액 (정확한 농도를 알고 있는 NaOH용액), HCl(염산), 페놀프탈레인(지시약) 등

 

◎ 실험방법

① 진한 염산 8.5~9mL을 취하여 100mL의 용량플라스크에 넣고 증류수를 넣어 표선까지 채운다.(약 0.1N 염산 용액)

② ①의 표준화하려고 하는 염산 용액(약 0.1N) 20mL를 피펫이나 메스실린더로 정확하게 취하여 삼각플라스크에 넣고 페놀프탈레인 2~3방울을 가한다.

③ 표준화된 수산화나트륨(NaOH)용액을 뷰렛에 넣는다.

④ 메니스커스의 위치가 고정된 후 눈금을 읽고 삼각플라스크 속의 HCl용액에 천천히 떨어뜨리면서 잘 저어준다.

⑤ 육안으로 겨우 알아볼 수 있을 정도로 엷은 분홍색이 적어도 30초 동안 없어지지 않고 남아 있을 때까지 조심스럽게 적정하여 뷰렛의 눈금을 읽는다.

⑥ 3회 적정한 값의 평균값을 취하여 염산 용액의 노르말 농도를 결정한다.

 

◎ 실험결과

1) 실험에서 얻은 데이터를 써서 염산 용액의 농도를 결정하여라.

- NaOH 표준용액의 농도(N) : 1.09M

- 소비 된 NaOH의 부피(mL) : (1회) 14.8mL (2회) 18.5mL (3회) 18.5mL

(평균) 18.5mL (2회, 3회)

- HCl 용액의 노르말 농도 :

 

 

 

 

2) 다음 용어를 설명하여라.

a) 노르말 농도 : 용액의 농도를 나타내는 방법의 하나로 용액 1ℓ 속에 녹아 있는 용질의 g 당량수를 나타낸 농도를 말한다.

b) 당량점 : 적정에서 시료에 대해 화학량론적으로 당량의 표준시약이 첨가된 점으로 실 험적으로 검출된 종말점과 반드시 일치하지는 않는다.

c) 몰 농도 : 용액 1ℓ 속에 포함된 용질의 몰수를 용액의 부피로 나눈 값이다. mol/ℓ 또 는 M으로 표시한다.

d) 표준물질과 표준용액 : 적정(滴定)에 사용되는 농도가 정확하게 알려져 있는 용액으로 다 른 미지시료 용액 속에 있는 어떤 물질의 농도를 정할 때에 표준 으로 사용된다.

e) 중화반응 : 산과 염기가 반응하여 물과 염을 생성하는 반응.