1 실험 5 0.1 M 수산화소듐용액의조제와표준화 Preparation and standardization of 0.1 M NaOH solution 1. 실험목적과원리 일차표준물질인프탈산수소포타슘 (potassium hydrogen phthalate: potassium biphthalate : potassium acid phthalate: KHP: KHC 8 H 4 O 4 : 204.22 g/mol) 1) 의약 0.1 M 표준용액과수산화소듐 (sodium hydroxide: NaOH) 용액사이의산-염기중화반응을이용해서적정종말점까지의적정소비량을구하여약 0.1 M NaOH 용액의정확한몰농도를결정하는표준화를실험목적으로한다. 1) 적정반응 본실험은센염기 NaOH 와약한산 KHP 사이의중화반응을이용한적정이다. 적정반 응식은다음과같다. 1) KHP (potassium hydrogen iodate) (benzoic acid), (oxalic acid), (sulphamic acid). Potassium hydrogen iodate [potassium biiodate: potassium acid iodate: KH(IO 3 ) 2 : 389.91 g/mol] potassium iodate iodic acid (double salt). ph 4 ~ 10. Benzoic acid..
2 KHP의산해리상수는 25 o C에서 pk a = 5.408 즉 K a =3.90 10-6 이며 phthalic acid의 pk a2 에해당한다. 이중화반응은이양성자성약한염기 phthalate의해리반응의역반응이다. 따라서이중화반응의평형상수는 K = 1/K b1 = 1 / (K w /K a2 ) = 39 정도로크기때문에적정반응이잘진행한다. KHP 1 mole은물속에서완전해리하여양성자 (proton) 1 mole을생성하므로 1당량 (1 equivalent) 이다. NaOH 1 mole은물속에서완전해리하여양성자 (proton) 1 mole과반응하므로 1당량이다. 즉, KHP 1 mole은 OH - 이온 1 mole과반응한다. 그러므로 KHP(204.22 g/mol) 의당량무게 (equivalent weight) 는그화학식량무게 (gram formula weight) 와동일하다. NaOH는 100% 에가까운시판품이없으며, 증류수또는공기중에서수분과이산화탄소를계속흡수하여다음반응과같이탄산염을생성한다. CO 2 + 2OH - CO 3 2- + H 2 O 따라서분석저울로 NaOH를정밀하게칭량해도무의미하다. NaOH는 0.01 g단위까지칭량할수있는윗접시저울로칭량하는것이상식이다. 본실험은미리끓여서 CO 2 를제거한후식힌증류수로 NaOH를녹여서탄산염을포함하지않도록해야계통오차 (systematic error) 인탄산오차를줄일수있다. 2) 종말점과계산 목표농도 0.1 M에근접한 NaOH 용액을조제하여뷰렛에취하고, 일차표준물질인 KHP의 0.1000 M 표준용액또는 2차표준물질인 0.1000 M HCl 표준용액에적정하여표준화한다. 반대로 0.1000 M KHP 표준용액을뷰렛에취하여 NaOH 용액에적가해도좋다. 일반적으로일차표준물질이더고가이므로앞의방법이더경제적이다. Phenolphthalein 또는혼합지시약을선택하여색깔변화가일어나는종말점부피 V e 를구한다. 다른방법으로는 ph meter 혹은 conductometer를이용하여 ph, 전위차 (mv), 전기전도도 (mho) 의급변이일어나는종말점부피 V e 를구한다음당량대당량의비례식으로 NaOH 용액의정확한농도를계산한다. 다음관계식은 NaOH 적정종말점 V e ml의예측과 KHP 일차표준용액의조제에필요한정확한무게 a g을결정하는데매우중요하다. KHP NaOH 1 당량 204.22 g/mol 1 M 1,000 ml 1 N 1,000 ml a g x M V e ml
3 NaOH molarity = x M = (1 M a g 1,000 ml) / (204.22 g V e ml) 즉 NaOH의 x M 값과 KHP a g 무게를알고있다면 V e ml가예측되고, x M 값과목표하는적정종말점 V e ml를결정하면칭량해야할 KHP a g 무게를미리계산할수있다. 그러므로시약소비량과폐기물을현저하게줄여친환경적인실험을신속하게진행할수있다. a g 무게를알고있는상태에서종말점까지의적정소비량 V e ml를구하여 NaOH 의 x M값을결정하는것이본실험의목표이다. 3) 적정곡선 적정반응이진행됨에따라어떠한화학적변화가전개되는가를적정곡선을통해이해할수있다. 그한예로 0.1000 M KHP 표준용액 5.00 ml에 0.1000 M을목표로조제한 NaOH 용액을적정해갈때 ph 변화를도시한이론적적정곡선을통해표준용액내부에어떠한변화가일어나는가를세밀하게고찰해보자. 본실험에서 NaOH는일양성자성센염기이고 KHP는일양성자성약한산의염이므로적정곡선의 ph 급변부위는 1곳에서나타난다. 실험 3에서설명한 nmv = n M V 또는 NV = N V 관계식을이용하면이론적당량점의부피 (V e ) 는 5.00 ml로예측할수있다. A. 적정개시이전초기 : V a = 0.00 ml 첨가해준적정액부피 (V a ) 가없는초기지점이다. 센염기 NaOH 용액이첨가되기이전 에 conical flak에들어있는것은 0.1000 M의 KHP 용액 5.00 ml이다. 이용액의 ph는 일양성자성약한산 HA로취급할수있는 KHP의몰농도와산해리상수 K a = 3.90 10-6 (pk a = 5.408) 에의해결정된다. HA = A + H + C -x x x K a = [A ][H + ] / [HA] = x 2 / (C-x) = 3.90 10-6 C x 이면 (C-x) C 라가정하고다음과같이근사셈할수있다. K a = x 2 / (C-x) x 2 / C = 3.90 10-6 x = [H + ] = = 6.245 10-4
4 0.1000 6.245 10-4 이므로 (C-x) C 라는가정은타당하다. 그러므로 0.1000 M KHP 용액의 ph 는다음과같다. ph = -log [H + ] = -log 6.245 10-4 3.20 B. 적정개시부터당량점이전 : 0 < V a < V e C KHP = 0.1000 M KHP 표준용액최초부피 V i ml( 여기서 V i = 5.00 ml) 에 NaOH 용액 V a ml 가적정된지점이당량점 (V e ml) 이전이라면 conical flak 에들어있는화학종은 KHP 와 NaKP 이다. 즉약한산 (HA) 과그짝염기 (A ) 가혼합된완충용액이고 ph 는 K a 로부 터 Henderson-Hasselbalch 식을유도해서다음과같이계산한다. HA = A + H + K a = [A ][H + ] / [HA] 이해리평형식에서 [H + ] 를꺼내어이항하면다음 Henderson-Hasselbalch 식이얻어진다. log 이완충영역구간에대한 Henderson-Hasselbalch식 log항의 [A ]/[HA] 비를계산하려면적정반응의진행정도에관한분율비를구하면된다. 0< V a <V e 구간에서분율비는다음과같다. KHP에 NaOH를 V a ml 가하면그만큼의 KHP가 NaKP 즉, A 형태로바뀐다. 반응하지않고 KHP 즉, HA형태로남은분율은 V e -V a 이다. [A ]/[HA] = V a / (V e - V a ) log log 여기서 pk a = 5.408이므로만약 V e = 5.00 ml이고 V a = 0.50 ml라고가정하고대입해서구하면 ph = 4.45이다. 같은방식으로 V a 가 1.00, 1.50, 2.00, 2.50, 3.00, 3.50, 4.00, 4.500 ml일때의 ph를각각 4.81, 5.04, 5.23, 5.408, 5.58, 5.78, 6.01, 6.36으로계산할수있다. 특히 V e /2에해당하는 V a = 2.50 ml인점에서는 [NaKP]/[KHP] = 1이므로 ph = pk a = 5.408이다.
5 0< V a <V e 구간은 KHP 와 NaKP 의혼합용액으로구성된완충계로서 ph 변화가작은 약산성이다. C. 당량점 : V a = V e 적정반응이완결된당량점에서 conical flask 내용액에존재하는것은 NaKP 와 H 2 O 뿐 이다. 이용액은약한염기 NaKP 를물에녹인것과같고그 ph 는일양성자성약한염기 로취급할수있는 A 의산해리상수 K a 에의해결정된다. A + H 2 O = HA + OH - C -x x x K b = [HA][OH - ] / [A ] = K w / K a 여기서 phthalate 의 K b1 은 phthalic acid 의 K a2 = 3.90 10-6 으로부터계산한다. K b1 = K w / K a2 = 1.00 10-14 / 3.90 10-6 = 2.56 10-9 x 2 / (C-x) = 2.56 10-9 C >> x 이면 (C-x) C라가정하고풀이할수있다. x = [OH - ] = 여기서희석을고려하여 C 를계산한다. C = C KHP V i / (V i + V a ) 0.1000 M KHP 표준용액 5.00 ml 에 0.1000 M NaOH 용액 5.00 ml 를적가하여당량점에 도달하였으므로대입하면 ph 가구해진다. C = 0.1000 M 5.00 ml / (5.00 ml + 5.00 ml) = 0.0500 M [OH - ] = = ph = -log [H + ] = -log (K w /[OH - ]) = -log (1.00 10-14 /1.13 10-5 ) = 9.05
6 D. 당량점이후 : V a > V e 당량점이후과량의 NaOH 에의해약한염기 NaKP( 즉, A ) 의해리가억제되어용액의 OH - 농도는과량의 NaOH 몰농도와같아진다. ph 는적가한센염기 NaOH 의부피로부터 계산한다. 초기부피 V i ml 에 V a ml 를가하면전체부피는 (V i + V a ) ml 이고그속에 (V a V e ) ml 의 F M NaOH 가과량으로존재한다. [OH - ] = F M 만약 F = 0.1000 M, V i = 5.00 ml, V e = 5.00 ml 이고, V a = 5.25 ml 라면 [OH - ] = 0.1000 M (5.25 5.00) / (5.00 + 5.25) poh = 2.61 ph = 11.39 = 2.44 10 3 같은방식으로 V a 가 5.50, 6.00, 6.50, 7.00 ml 일때 ph 를각각 11.68, 11.96, 12.12, 12.22 로계산할수있다. 당량점이후는과량의 NaOH 용액에의해 ph 가강염기성이다. 적정개시이전의초기부터당량점이후까지적가량변화에따른이론적 ph 값들을 Excel 프로그램에입력하여 spread sheet 를표 5-1 과같이작성하고이론적적정곡선 ( 그림 5-1) 을도시해보자. 표 5-1. 0.1000 M KHP 5.00 ml에 0.1000 M NaOH를적정할때이론적적정곡선의계산 Region Major species Acidity V a ml ph A. Initial V a = 0 KHP log 0.00 3.20 B. 0<V a <V e [KHP] > [NaKP] Weak acidic 0.50 4.45 buffer solution 1.00 4.81 1.50 5.04 2.00 5.23 V a = (V e /2) [KHP] = [NaKP] ph = pk a 2.50 5.408 KHP < NaKP Weak acidic 3.00 5.58 buffer solution 3.50 5.78 4.00 6.01 4.50 6.36 C. V a = V e NaKP poh=-log 5.00 9.05 D. V a > Ve [OH ] ph = pk w poh 5.25 11.39 excess NaOH Strong basic 5.50 11.68 6.00 11.96 6.50 12.12 7.00 12.22
7 그림 5-1. 0.1000 M KHP 표준용액 5.00 ml에 0.1000 M NaOH 용액을적정할때이론적계산으로도시한적정곡선. 점 A는적정개시이전, B 구간은 0<V a <V e 인완충계, 점 C는당량점, D구간은당량점이후를의미한다. 4) 분율조성도표 약한산 KHP 용액에센염기 NaOH 용액이적정됨에따라용액중의화학적조성변화를살펴보자. 용액의 ph가주어지면용액에존재하는약한산 KHP의상대평형농도 (relative equilibrium concentration) 와생성된그짝염기 NaKP의상대평형농도를구할수있다. 상대평형농도를알파값 (alpha value) 이라부른다. 는 KHP 형태화학종의분율
8 이고, 은 NaKP 형태화학종의분율에해당한다. KHP 의산해리반응을정리하면 HP - = P 2- + H + KHP = NaKP + H + K a = [NaKP][H + ] / [KHP] = 3.90 10-6 KHP 의산해리상수 K a 를재정리하면다음과같다. 물질균형을포말농도 F 로나타내어위관계를대입하면 F = [KHP] + [NaKP] = [KHP] + 여기서 과 은 F농도 KHP 형태화학종이해리하여 KHP 및 NaKP 형태로존재하는정도라고정의하자. + = 1이어야한다. 그러므로다음과같은분율조성식을유도할수있다 2). 즉, 분율은 [H + ] 농도와해리상수 K a 에의해결정되므로 ph가결정되면어떤화학종이얼마나존재하는가를알수있다. 위관계식에 K a = 3.90 10-6 및 [H + ] 농도를대입하여 KHP에대한분율조성도표 (fractional composition diagram) 를도시하면그림 5-2와같다. 분율조성도표에서 와 이교차하는점이한개라는것은일양성자계임을의미한다. = = 0.50인교차점에서 ph = pk a = 5.408이고표 5-1의 V a = (V e /2) 인지점에해당하며 KHP의절반이중화되었을때 KHP형태와 NaKP 형태화학종이 1:1로존재함을 2) = (1- ).
9 의미한다. ph < pk a 인산성이면산성형 KHP, ph > pk a 인염기성이면염기형 NaKP 형태가가장많이존재하는화학종임을보여준다. 또한 pk a <ph 구간에서는 KHP 형태화학종이감소하면서 NaKP 형태화학종이증가한다. 그림 5-1의 A 지점 (V a = 0) 에해당하는적정개시이전의초기상태에서는 ph= 3.20이므로 = 0.993386, = 0.0061431로계산된다. 적정개시지점에서는 99.3386% 가 KHP 산성형태이고 0.61431% 만이염기형태이다. 당량점인 C지점 (V a = V e ) 에서는 ph = 9.05 이므로 = 0.0002847, = 0.99977로계산된다. 당량점에서는 값이현저하게감소하고 값이 1에접근함을주목할필요가있다. 그림 5-2. ph가변화할때 pk a =5.408인 KHP 표준용액의알파값의변화곡선을도시한분율조성도표.
10 5) 종말점찾기 A. 지시약 약한산 0.1000 M KHP 5 ml 에 0.1000 M NaOH 를적정할경우그림 5-1 에서보는 바와같이당량점의 ph 가 9.05 이므로약한염기성에서변색하는 phenolphthalein ( 변색범 위 ph 8.2~10.0, 그림 5-3) 지시약을선택한다. Phenolphthalein 은 pk a = 9.3 이며, ph 8.0 미 만에서무색이지만 ph 10.0 이상에서적색으로변색한다. 종말점에가까운 4.00 ml 정도 적가하였을때 phenolphthalein 지시약 1~2 방울을 KHP 표준용액에가하고적정을천천히 계속하면옅은분홍색 (pale pink) 이나타났다가사라진다. 적어도 15 초정도분홍색이지속 하는지점을종말점으로결정한다. 15 초를초과하면분홍색이사라진다. 변색종말점판 단이까다롭기때문에 phenolphthalein 지시약과 methylene green 지시약을 2:1 로혼합한혼 합지시약 (mixed indicator) 을사용하면색깔변화를좀더뚜렷하게관찰할수있다. Phenolphthalein 과혼합지시약의변색 ph 범위를비교하면다음과같다. ph Phenolphthalein Mixed indicator ----------------------------------------------------------------------------------- 8.0 Colorless Greenish blue 8.8 Pale pink Greenish blue 8.9 Pale pink Pale blue gray 9.0 Pink Violet 9.8 Red violet Deep violet 그림 5-3. Phenolphthalein 의구조와색깔변화.
11 표 5-2. 0.1000 M KHP 5.00 ml 에 0.1000 M NaOH 를적정할때미분적정곡선의계산 그림 5-4. 0.1000 M KHP 표준용액 5.00 ml에 0.1000 M NaOH 용액을적정할때이론적계산으로작성한 1차미분적정곡선 ( 좌 ) 과 2차미분적정곡선 ( 우 ).
12 B. 전위차법종말점검출 0.1000 M KHP 표준용액 5 ml에 0.1000 M NaOH를적정할때 ph meter를사용하여 ph 변화를측정한값이이론적적정곡선의계산값과같다고가정하고표 5-2의 spread sheet를작성하여이론적적정곡선, 1차미분적정곡선, 2차미분적정곡선을도시하면그림 5-1 및그림 5-4와같다. 1차미분의기울기 (slope) 가최대값인꼭지점에해당하는 x축값이근사종말점 (5.00 ml 부근 ) 이다. 2차미분의기울기가 0인점에해당하는 x축값이정확한종말점 (5.00 ml) 이다. 2. 실험준비물 아래시약의순도등급, 밀도, 제조회사표지사항과취급주의점을기록한다. 기구들의모델명, 규격, 제조사등도상세하게기록한다. NaOH (pellet) Primary standard grade potassium hydrogen phthalate ( 99.95% 이상 ) Phenolphthalein 지시약 (5 mg을 ethanol 5 ml로녹인후증류수 5 ml를가한시약 ) Barium chloride (BaCl 2 ) 4%(w/v) 수용액 10 ml. distilled water 또는 pure water를미리끓여서 CO 2 를제거한후식힌것 drying oven silicagel desiccator porcelain crucible mess cylinder volumetric flask ( 필요에따라 10, 25, 50, 100, 250, 500 ml 중에서선택 ) polyethylene으로만든병 (100 ml) 과 silicon 고무마개 transfer pipet 또는 graduate pipet ( 필요에따라부피를선택 ) rubber filler 또는 auto filler Pasteur pipet 및 funnel Teflon cock이달린 buret ( 필요에따라 5, 10, 25 ml 중에서선택 ), stand, clamp conical beaker (100 ml), vial (30 ml) magnetic stirring bar ( 소형 ) 및 hot plate 3. 실험과정 1) 실험목표와방법의선택 본실험결과표준화한 0.1000 M NaOH 표준용액의최종적용도와소요량및그실
13 험의반복횟수, 표준화에있어종말점의예상부피, 종말점검출방법과반복횟수에관한 구체적인실험목표를사전에확정하여야시약조제량과실험기구의선택이달라진다. 2) 탄산염이없는약 0.1 M NaOH 용액조제 정확히 0.1000 M 농도의 NaOH 용액은 1,000 ml 중에 NaOH (mw = 40.00) 4.000 g을함유한다. 시판특급시약 NaOH는약 93~96% 의 NaOH를함유하고, 불순물로 Na 2 CO 3 를약 1.5~2% 포함하고있다. 공기중에서수분과이산화탄소를계속흡수하여탄산염을생성한다. 따라서분석저울로 NaOH를정밀하게칭량해도무의미하다. 목표농도약 0.1 M의 NaOH 용액 100 ml를조제한다고가정할때필요한양을다음과같이계산한후 0.01 g단위까지칭량할수있는윗접시보조저울로개략적인무게 ( 약 0.40 g) 의 NaOH 를칭량한다. NaOH 40.00 g / 1,000 ml = 1 M x g / 100 ml = 0.1 M x = 0.4000 g = 400.0 mg 그림 5-5. 시판 NaOH pellets ( 좌 ) 및과립 ( 우 ). 시판특급시약 NaOH는지름 5~8 mm 정도의알약모양 (pellets) 또는지름 1~2 mm 정도의과립형태가일반적이다 ( 그림 5-5). 0.40 g을정확하게맞출필요는없으며약 0.35 g ~ 0.45 g 범위로칭량하여그칭량무게를기록해둔다. 특히습도가높거나비오는날에는공기중의습기를흡수하여녹아버리기쉬운흡습성 (hygroscopic) 및조해성
14 (deliquescent) 물질이므로칭량용기나약포지에묻어서시약손실이나타나기쉬우므로신속히칭량한다. 동일한무게일경우입자가작을수록표면적이커지므로조해성이더크다. 불순물과시약손실을고려하면알약모양의시약을 0.40 g 보다약간과량인 0.45 g 정도를칭량하는것이더바람직하다. 탄산염이없는염기용액을만들려면사용하는증류수에도 CO 2 가없어야한다. 칭량한 NaOH pellets을 100 ml beaker에취하고미리끓여서 CO 2 를제거시킨후식힌증류수 3) 약 95 ml를가하여녹인다. 이용액을 polyethylene 으로만든병 (100 ml) 에옮기고 polyethylene 마개또는 polytetrafluoroethylene(ptfe: Teflon) 마개로단단히막아서외부공기가들어가지않도록한다. 끓여서식힌증류수약 5 ml를추가하여전체량이 100 ml가되도록한다. 새로조제한 barium chloride (BaCl 2 ) 4%(w/v) 수용액 0.5 ml를가하여섞은후, BaCl 2 4%(w/v) 수용액 2~3 방울을추가하여도침전이생성되지않음을확인한다. 만약침전이생기면 BaCl 2 4%(w/v) 수용액을추가하여녹아있는 CO 2 를 BaCO 3 로완전침전시킨다. 마개를하기전에 polyethylene 병을눌러서병내부위쪽의대기공간을최소화시킨다. 마개를하여세워서방치한후투명한상등액 (supernatant) 을기울여따른후적정에사용한다. 이용액은아직정확한농도가결정되지않았으므로일차표준용액을사용하여표준화하기전까지는표준용액이아니다. 탄산염이없는 NaOH 용액을만드는가장좋은방법은약 50% NaOH 수용액을만들어희석하는방법이다. 진한알칼리용액중에서는 Na 2 CO 3 의용해도가매우낮기때문이다. NaOH pellets 약 50 g을취하고미리끓여서식힌증류수에녹여 100 ml 수용액을만들어둔다음 Na 2 CO 3 고체를아래로가라앉힌다. 필요시투명한상등액을기울여따르어약 0.1 M NaOH 용액으로묽힌다. 0.1 M NaOH( 분자량 =40.00) 용액은 1,000 ml에 4.000 g이녹아있으므로약 0.4000% NaOH 용액에해당한다. 그러므로다음식과같이계산하여 50% NaOH 용액 0.4 ml를끓여서식힌증류수 49.6 ml에가하여약 0.1 M NaOH 용액약 50 ml를조제한다. 3) CO 2 1.5 10-5 mol CO 2 /L. CO 2 (sparging). CO 2. NaOH.
15 마개로단단히막은 polyethylene 병은짧은기간동안대기중의 CO 2 가흡수되지못하도록충분히막을수있다. NaOH 용액은유리를녹여서규산소듐 (sodium silicates) 을만들어농도가 1주일에약 0.1~0.3% 감소하기때문에 1주일이상유리병에보관하지않는다. 또한유리마개가달린병이나또는잠금꼭지 (stop cock) 가달린뷰렛을사용하면염기와마개가반응하여서로달라붙어마개를열수없게된다. 따라서사용후즉시물로잘세척하거나 Teflon 잠금꼭지를사용한다. 산-염기적정에가장일반적으로많이사용하는염기표준용액은 NaOH, KOH, Ba(OH) 2, Na 2 CO 3 이다. 약염기는중화반응이불완전하므로사용하지않는다. NaOH는저렴한가격으로쉽게구입할수있고물에잘용해하며, 중화반응이신속하게잘진행하므로가장많이사용한다. KOH는 NaOH에비해상대적으로가격이비싸지만알코올에잘용해하므로 KOH 에탄올용액을조제하는경우에주로쓰인다. NaOH와 KOH는공기중의수분과 CO 2 를흡수하는데비하여 Ba(OH) 2 는 CO 2 를흡수하여불용성인 BaCO 3 를침전하므로탄산염을제거할수있는장점이있다. 그러나공기중에서쉽게혼탁되므로취급이어렵다. 산-염기적정에사용하는산또는염기표준용액의농도는 0.05~ 1.0 M 농도이다. 이보다진한용액은시약소비량과폐기량이많고진한용액에노출될경우건강위해성이크므로피한다. 농도가더묽은경우당량점에서 ph 급변폭이너무좁아져종말점판단이어려워진다. NaOH 용액은피부부식성 (corrosive) 이강하고특히진한용액의경우피부화상을유발하므로조심해야한다. 진한 NaOH 용액을흡입하거나구강섭취했을경우구강과호흡기, 소화기점막조직을부식파괴시키고재채기, 콧물, 구토, 출혈, 설사, 혈압강하를유발한다. 눈에들어가면심한경우실명할수도있다. NaOH를취급할때반드시보안경 (goggle) 과실험복을착용하고고무장갑을사용해야한다. NaOH에접촉된피부나노출된눈과호흡기는먼저다량의물로씻은후의사의지시에따른다. 3) 0.1000 M KHP 표준용액조제 일차표준물질인 KHP (KHC 8 H 4 O 4 : mw=204.22) 약 1 g을칭량병에취하여 110 o C에서 1~3 시간건조하여데시케이터속에서방냉한다. 잘건조된 KHP 약 a g을정밀하게칭량하여목적하는부피 V ml volumetric flask에취하고증류수 ( 미리끓여서탄산가스를제거한것 ) 로녹여표선까지희석혼합하여표준용액을조제한다. 204.22 g / 1000 ml = 1.0000 M = 1.0000 N a g / V ml = 0.1000 M = 0.1000 N
16 만약 0.1000 M KHP 25 ml 를조제하려면칭량해야할 KHP 의무게 a g 은다음과같이계 산된다. a g = = 0.51055 g = 510.55 mg 따라서 KHP 510.55 mg을정확하게칭량하여 25 ml volumetric flask에취하고증류수 ( 미리끓여서탄산가스를제거한것 ) 로녹여플라스크목에있는표선까지희석혼합하면 0.1000 M KHP 표준용액이된다. 만약분석저울로 510.0 mg을정확하게칭량하여 25 ml를만들었다면 KHP 표준용액의농도를 0.09989 M로역산할수있다. 이와같이조제한 0.1000 M KHP 표준용액 5.00 ml를 30mL vial에취하여약 0.1000 M NaOH 용액으로적정하면 ph 변화의추적을정확하게할수있고 25 ml로약 4~5회정도의반복실험이가능하다. 만약종말점의부피를 5.00 ml라가정하면필요한 KHP 시약의무게를 a = 102.11 mg 으로현저히절약할수있다. 또한종말점의부피를 5.00 ml라가정하고 KHP 100.0 mg 과반응한 NaOH의농도는 0.0979 M로계산된다. 그리고 KHP 100.0 mg과반응한 0.1000 M NaOH 용액의종말점의부피는 4.90 ml로예측할수있다. 4) Phenolphthalein 지시약조제 Phenolphthalein 을 50%(v/v) ethanol 에용해하여 0.1%(w/v) 용액을조제한다. 5) 표준화 1 실험대위에 stand를놓고 clamp를안전하게설치한다. 미리깨끗하게세척하여잘건조한적정용 buret을 clamp로고정시켜안전하게세운다. 2 25 ml 용량의 buret에 funnel을올려놓고위에서조제한약 0.1 M NaOH 용액을 buret 에취한다. 만약적정종말점을 5.00 ml로예측하였다면약 10 ml정도를취한다. 채운부피중일부를배출시키고메니스커스를 8.00 ~ 9.00 ml에정확히맞추면 7.00 ml까지적정하여변화를관찰하는데충분하다. 3 0.1000 M KHP 표준용액 5 ml를 transfer pipet로취하여 30 ml vial 또는 300 ml conical flask에옮긴다. ph meter 전극이잠기도록필요에따라증류수약 10~20 ml를가한다. 작은자석젓개막대 (magnetic stirring bar) 를 vial 또는 conical flask에넣고 conical flask를 hot plate 위에올려놓는다. 4 0.1 M NaOH 적정용액으로적정한다. 약 3 ml 정도적가한후 phenolphthalein 지시약
17 을 1~2 방울 flask에가한다. 적정을계속하여적어도 15초정도분홍색이지속하는지점을종말점으로결정한다 ( 그림 5-6). 5 적정용액 (NaOH) 의 molarity, normality를계산한다. 6 따로지시약을가하지않고 ph meter를사용해서적가액이 0.50 ml씩증가될때 ph 변화를추적한결과를기록한다. 실험적적정곡선과 1차미분및 2차미분적정곡선을 Excel 프로그램으로작성한다. 전위차법종말점을구하여염산의몰농도를다시계산한다. 적어도 3회이상반복실험하여몰농도의평균값과표준편차를구한다. 지시약방법과의종말점차이를비교해본다. 이론적적정곡선과의차이를비교해본다. 7 실험보고서를작성한다. 보고서에는다음내용이필수적으로기록되어야한다. 실험일자, 온도, 사용한시약, 기구, 약 0.1 M NaOH 용액조제에취한무게, 적정을위해취한 KHP 무게와 M 농도와부피, 적정종말점, 지시약의변색과정, 적정곡선, 결론 ( 표준화결과얻어진 NaOH 용액의몰농도 ). 8 적정이진행됨에따라어떠한화학적변화가나타나는가를이론과함께고찰한다. ph < 8.00 무색종말점옅은분홍색 15 초간지속 그림 5-6. Phenolphthalein 지시약의변색. ph > 9.00 핑크색
18 6) 실험과정의요약