기구명 ph meter volumetric flask Erlenmeyer flask mass cylinder 뷰렛비이커 pipet 저울스탠드 & 클램프 isotonicity 측정기 필요량 500ml짜리 1개, 50ml짜리 5개, 100ml짜리 1개, 250ml짜리 6개

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현빈 강
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1 7. 완충용액 Introduction 일반적으로약산과그짝염기또는약염기와그짝산의혼합물로이루어진용액은외부에서산이나염기를첨가하여도 ph가크게변하지않는다. 이처럼 ph의변화에저항하는용액을완충용액이라한다. 이번실험에서는완충용액을직접제조하여그성질을파악하고완충방정식및완충용액을구해보고자한다. 또한산-염기중화적정곡선을 ph로부터그려보고이로부터산의해리상수도구하여보고자한다. Materials & Methods Materials 시약명 분자량 필요량 Na 2 HPO 4 ㆍ12H 2 O ( 인산 1수소나트륨 ) g NaH 2 PO 4 2H 2 O ( 인산 2수소나트륨 ) g NaCl 염화나트륨 g NaOH 수산화나트륨 ( 가성소다 ) g HCl 염산 ml oxalic acid (M.W ) mg pilocarpine nitrate zinc sulfate chlorobutanol(1.1.1-trichloro-2-m ethyl-2-propanol hydrate) Citric acid Sodium citrate

2 기구명 ph meter volumetric flask Erlenmeyer flask mass cylinder 뷰렛비이커 pipet 저울스탠드 & 클램프 isotonicity 측정기 필요량 500ml짜리 1개, 50ml짜리 5개, 100ml짜리 1개, 250ml짜리 6개 50ml짜리 1개, 250ml짜리 1개 100ml짜리 1개 50ml짜리 5개 500ml짜리 1개, 250ml짜리 1개, 100ml짜리 5개 10ml짜리 2개 5개 Methods ❶ 강산, 강염기의제조및표정 ⑴ 500 ml 0.1 N NaOH 용액의제조및표정 1 필요한 NaOH 양 (g) : 2 g 2 필요한 oxalic acid 양 (g) 50 ml 0.1 N NaOH에해당하는 oxalic acid 양 (g): 315 mg (NaOH normal conc.) (volume) = (oxalic acid 양 ) (oxalic acid M.W.) (oxalic acid 당량 ) (oxalic acid 양 ) = (NaOH normal conc.) (volume) (oxalic acid M.W.) (oxalic acid 당량 ) = 315 mg 1 제조 : NaOH 2 g을 500 ml volumetric flask에넣은후 500 ml이되도록증류수로녹인다. 2 제조 : oxalic acid 315 mg을정확히 50 ml volumetric flask에넣고 50 ml이되도록증류수로녹인다 3 표정 oxalic acid 용액 10 ml을피펫으로취해표정용 flask에넣고, 1 % phenolphtalain을두방울떨어뜨린다. 0.1 N NaOH 용액을뷰렛에채운후 oxalic acid 용액이분홍색을띠는순간까지적정한다.

3 ⑵ 100 ml 0.1 N HCl 용액의제조및표정 1 필요한 HCl의양 ( ml ): ml (35 % HCl 용액의양 ) (HCl 용액의비중 ) 0.35 = (HCl의 M.W.) (volume) (HCl의 normal conc.) (35% HCl 용액의양 ) = ml ml volumetric flask에증류수를절반정도채운후 conc. HCl 용액 ml을첨가하고 100 ml이되도록증류수로채운다. 2표정 0.1 N HCl 용액 10 ml을표정용 flask에넣고, 1 % phenolphtalain을두방울떨어뜨린다. 0.1 N NaOH 용액을뷰렛에채운후 HCl 용액이분홍색을띠는순간까지적정한다. ❷ 완충용액의제조및희석에의한 ph 변화 ⑴ ph 7.00, μ = 0.1, sodium phosphate buffer 250 ml제조 1 NaH2PO4, Na2HPO4 농도및필요량계산 NaH2PO4 = Na+ + H2PO4- Na2HPO4 = 2Na+ + HPO42- [ 산 ] = [H2PO4-] = [NaH2PO4] = a [ 염 ] = [HPO42-] = [Na2HPO4] = b ph = pkn + log 염 산 A n - 에서 A = 0.51, n = 2, pk2 = 7.20 을대입하면 = -0.2 = ) μ = 0.1, a + 3b = ) μ=1/2[(bx2x1 2 )+ (b x 2 2 ) + (a x 1 2 ) + (a x 1 2 )] 1), 2) 에의해 [ 산 ] = M, [ 염 ] = M NaH 2 PO4의양 = g Na 2 HPO4의양 = 2.44 g 1 NaH 2 PO g, Na 2 HPO g을 250 ml volumetric flask에넣고증류수로 250 ml이되게채운다. ⑵ 2, 4, 8, 16배 serial dilution 후 ph 측정 1 원액을 mass cylinder로 50 ml을취하여 sod. phosphate, NaOH 적정용 flask에넣고 ph 를측정하여기록한다. 2 원액을 mass cylinder로 50 ml을취하여 mixing용 flask에넣은후증류수 50 ml을 mass cylinder로취하여 mixing용 flask에넣고 stirring한다 (1/2 dilution. 이때, 소량넣고흔들어준뒤나머지액을가해야골고루섞임 ). 3 1/2 dilution 용액 50 ml을 mass cylinder에취하고 mixing용 flask에남아있는용액을

4 1/2 dilution beaker로옮긴다. 4 mass cylinder에있는 1/2 dilution 용액 50 ml을 mixing용 flask에넣은후증류수 50 ml을 mass cylinder로취하여 mixing용 flask에넣고 stirring한다 (1/4 dilution). 5 1/4 dilution 용액 50 ml을 mass cylinder에취하고 mixing용 flask에남아있는용액을 1/4 dilution beaker로옮긴다. 6 mass cylinder에있는 1/4 dilution 용액 50 ml을 mixing용 flask에넣은후증류수 50 ml을 mass cylinder로취하여 mixing용 flask에넣고 stirring한다 (1/8 dilution). 7 1/8 dilution 용액 50 ml을 mass cylinder에취하고 mixing용 flask에남아있는용액을 1/8 dilution beaker로옮긴다. 8 mass cylinder에있는 1/8 dilution 용액 50 ml을 mixing용 flask에넣은후증류수 50 ml을 mass cylinder로취하여 mixing용 flask에넣고 stirring한다 (1/16 dilution). 9 1/16 dilution 용액 50 ml정도를 1/16 dilution beaker로옮기고 mixing용 flask에있는용액은보관한다. 각 beaker에들어있는 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 dilution 용액의 ph를측정하여기록한다. ⑶ 1/16 dilution 용액의이온강도조정후 ph 측정 1 1/16 dilution 용액의 μ = 0.1이되게하는 NaCl 양 (C: NaCl의몰농도 ) μ = 16배희석액의 μ + 첨가한 NaCl에의한 μ = 0.1 1/16 + 1/2 (C 12 + C 12 ) = 0.1 C = M (volume 50 ml : g) 1 50 ml volumetric flask에 NaCl g을넣은후 mixing용 flask에남아있던 1/16 dilution 용액을50 ml이되도록채운다. 2잘 stirring한후 ph를측정하여기록한다. ❸ 강산과강염기에대한완충작용 ⑴ sodium phosphate buffer 를 0.1 N NaOH 로적정 1 sodium phosphate, NaOH 적정용 flask 에있는 sodium phosphate buffer 50 ml에 0.1N NaOH 를 1 ml씩뷰렛에서떨어뜨리면서잘 stirring 한후 ph 를측정하여기록한다. ⑵ 0.1 % (w/v) NaCl 수용액, 증류수를 0.1 N NaOH로적정 1 50 ml volumetric flask에 NaCl 0.05g 을넣고증류수로 50 ml을채워적정용 flask에넣는다 N NaOH를 1 ml씩뷰렛에서떨어뜨리면서잘 stirring한후 ph를측정하여기록한다. ⑶ sodium phosphate buffer를 0.1 N HCl로적정 1 sodium phosphate buffer 50 ml을 mass cylinder로취하여 sod. phosphate, HCl 적정용 flask에넣은후 0.1 N HCl을 1 ml씩뷰렛에서떨어뜨리면서잘 stirring한후 ph를측정하여기록한다.

5 Results & Discussion ❶ 강산, 강염기의제조및표정 : NaOH, HCl, HAc의 factor oxalic acid 10 ml에해당하는 NaOH: 13.5 ml f NaOH = 0.74 HCl 10 ml에해당하는 NaOH: 12 ml f HCl = 0.89 ❷ 완충용액의제조및희석에의한 ph 변화 이론값과측정값의비교 - ph 이론값은식을이용해서구한다. 표 2-2. 희석에의한 ph 변화와이론치의비교. dilution factor 원액 1/2희석 1/4희석 1/8희석 1/16 희석 이론적 ph 실험적 ph μ=0.1이되게 NaCl을가한후의 ph : 6.9 < 희석에따른 ph 변화 plot> [ 그래프 ] 이론적 ph 와실험적 ph 사이의차이는이론값계산시완충용액의 activity 를고려하지않 았기때문인것으로생각된다. 만일이를고려하여이론값을계산한다면실제 ph 값과가까 워질것이다. ❸ 강산과강염기에대한완충작용 ⑴ 완충용액을 0.1 N NaOH 로적정

6 완충용량 β OH ΔOH ΔpH 회에가한 NaOH의부피 ml N N ao H f N ao H 사용한 bu f fer의부피 가한 NaOH의누적부피 ml NaOH added ph ΔpH Δ[OH] β < 적정에따른 ph 변화 plot> [ 그래프 ] 이론상의 βmax 와실제최대완충용량비교 βmax = 0.576C

7 = M = 실험상 βmax = 이론상의 βmax와는차이가나기는하지만, 완충용액의 βmax는완충용액의 pka인 7.2에가까울수록크게나타났다. ⑵ 0.1 % NaCl, 증류수를 0.1 N NaOH 로적정 NaOH added ph < 적정에따른 ph 변화 plot> [ 그래프 ] 완충용액의적정곡선과 NaCl 의적정곡선을비교해보면완충용액에서 ph 변화가훨씬작게 나타남을볼수있다. ⑶ 완충용액을 0.1 N HCl 로적정 ΔH 완충용량 β = ΔpH 회에가한 HCl의부피 ml Δ[H+] =N H C l f H C l 사용한 bu f fer의부피 가한 HCl의누적부피 ml

8 HCl added ph ΔpH [H+] β < 적정에따른 ph 변화 plot> [ 그래프 ] 이론상의 βmax 와실제최대완충용량비교 βmax = 0.576C (Introduction 참고 ) = 실험상 βmax = 0.017

9 NaOH 로적정할때와마찬가지로완충용액의 pka 인 7.2 에가까울수록완충용량이크게나 타난다. Assignment 1) 0.1M 초산용액의 ph 는얼마인가? ( 초산의 pka=4.76) 충분한양의초산나트륨을가하여 이염으로써 0.1 몰용액이되게한후의 ph 는얼마인가? 약산의 [H 3 O + ]= KaC 로부터, 0.1M 초산용액의 ph 는 2.88 이며, 초산나트륨을가하여 0.1 염 몰용액이되게한후의 ph는 ph = pka + log 산 A - = 4.58이다. 2) 용액 1L 중에 0.3mol 의 K 2 HPO 4 와 0.1mol 의 KH 2 PO 4 를함유하고있는완충용액의이온강 도를계산하여라. ( )=1

Chemistry: The Study of Change

Chemistry: The Study of Change 산 - 염기평형및 용해도평형 16.2 공통이온효과 16.3 완충용액 16.4 산 - 염기적정 16.5 산 - 염기지시약 16.6 용해도평형 16.8 공통이온효과및용해도 16.9 ph 및용해도 16.10 착이온평형및용해도 16.7 분별침전에의한이온의분리 Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required