화학 Show 강산-강염기 적정 지시약. 메틸 레드와 페놀프탈레인영원파란 2021. 4. 8. 14:01 강산-강염기 적정 지시약. 메틸 레드와 페놀프탈레인NaOH 수용액을 이용하여 미지의 HNO3 수용액의 농도를 중화적정으로 측정하고자 한다. 이때 사용할 수 있는 지시약 두가지는? --------------------------------------------------- > Methyl red의 변색 범위: pH 4.4 ~ 6.2 > Phenolphthalein의 변색 범위: pH 8.0 ~ 10.0 ( 참고: 지시약 https://ywpop.tistory.com/3839 ) [그림] 강산-강염기 적정 곡선. ( 참고: 강산-강염기 적정 https://ywpop.tistory.com/2732 ) 강산-강염기 적정 곡선을 보면, 당량점인 pH 7을 전/후로, 거의 수직선에 가깝게 변하는데, 이 영역이 메틸 레드와 페놀프탈레인의 변색 범위에 걸쳐있기 때문에, 강산-강염기 적정 시에는 메틸 레드, 페놀프탈레인, 둘 다 시약으로 사용할 수 있다. 답: 메틸 레드, 페놀프탈레인 영원파란 2014. 8. 6. 18:44 산-염기 중화 적정 과정에서 용액의 pH 계산: 강산-강염기 적정--------------------------------------------------- 중화 적정은 산-염기의 세기에 따라 다음과 같이 3가지 경우로 나눌 수 있다. (1) 강산-강염기 적정 (2) 약산-강염기 적정 [ 참고 https://ywpop.tistory.com/2736 ] (3) 강산-약염기 적정 [ 참고 https://ywpop.tistory.com/2742 ] ▶ 약산-약염기 적정에서는 염의 가수분해 반응이 2개이기 때문에, 계산이 복잡하다. 따라서 이런 중화 적정은 안 한다. 할 필요도 없고, 할 이유도 없다. 만약 시료가 약산이면 (2)번 적정으로, 약염기이면 (3)번 적정으로 시료의 농도를 구할 수 있기 때문이다. ▶ 일반적으로 표준 용액은 강산 또는 강염기를 사용한다. 본 글에서는 먼저 강산-강염기 적정 과정에서 용액의 pH를 구해보겠다. 시료인 강산을 표준 용액인 강염기로 적정한다고 가정한다. [가정] 0.1 M HCl 25 mL (시료) ← 0.1 M NaOH (표준 용액) 원래 시료의 농도는 적정 실험을 통해 구해야하는 것이지만, 계산 과정을 보여주기 위해 이미 알고 있는 0.1 M 용액을 사용하겠다. 적정 중에는 다음과 같은 중화 반응이 일어난다. 산(= H^+) 1 mol은 화학량론적으로 정확히 염기(= OH^-) 1 mol과 반응한다. ☆ 첨가한 NaOH 부피 vs. 용액의 pH 1) 적정 전, NaOH 0 mL적정 전, 즉 표준 용액을 가하기 전의 HCl의 몰농도와 용액의 pH는 다음과 같다. HCl(aq) → H^+(aq) + Cl^-(aq) [HCl] = [H^+] = 0.1 M pH = –log[H^+] = –log(0.1) = 1( 참고: pH의 정의 https://ywpop.tistory.com/2706 ) 이때, HCl의 mol수는 (0.1 mol/L) × 0.025 L = 0.0025 mol 2) NaOH 10 mL 加 (중화점 전)첨가한 NaOH의 mol수를 계산하면, (0.1 mol/L) × 0.010 L = 0.001 mol ---> 이만큼 산이 중화된다. ( HCl + NaOH → NaCl + H2O ) 따라서 남아있는 HCl의 mol수는 0.0025 – 0.001 = 0.0015 mol 이때 HCl의 몰농도와 용액의 pH는 다음과 같다. 3) NaOH 25 mL 加 (중화점) ... 25 mL는 가한 전체 부피가한 NaOH의 mol수는 (0.1 mol/L) × 0.025 L = 0.0025 mol (처음) 산의 몰수와 (가한) 염기의 몰수가 같으므로, 시료인 산은 표준 용액인 염기에 의해 완전히 중화된다. 따라서, pH = 7---> 강산-강염기 적정의 중화점(= 당량점)에서의 용액의 pH 4) NaOH 35 mL 加가한 NaOH의 mol수는 (0.1 mol/L) × 0.035 L = 0.0035 mol ---> 염기는 산을 완전히 중화시키고도 남는다. 얼마만큼? 0.0035 – 0.0025 = 0.001 mol 이때 NaOH의 몰농도와 용액의 pH는 다음과 같다. ※ 강산-강염기 적정의 경우, 생성된 염(NaCl)의 가수분해가 없으므로, 계산이 간단하다. --------------------------------------------------- 실제 적정 실험할 때는 중화점 부근에서는 표준 용액을 한 방울씩 가한다. 일반적으로 뷰렛에서 떨어지는 용액 한 방울의 부피는 0.03~0.05 mL 정도이며, 중화점 직전에서는 시료 용액의 색깔이 잠시 변했다가 다시 원래대로 되돌아간다. 그러다가 어느 순간 단 한 방울에 의해 시료 용액의 색깔은 완전히 변해 버린다. [실험 팁] 실제 적정 실험에서는 정확한 중화점을 모르기 때문에, 중화점을 지나칠때까지, 즉 용액의 색깔이 완전히 변할때까지 한번에 표준용액을 2~3 mL 정도씩 확(왕창) 가해서 대략적인 중화점을 찾은 다음, 본 실험에 들어간다. 실제 실험과 유사하게 첨가한 표준 용액의 양 vs. 용액의 pH 값을 나타낸 도표와 그래프를 만들어보았다. 적정 그래프를 오리진(Origin) 또는 시그마플롯(SigmaPlot) 등의 그래프 작성 프로그램을 이용해서 미분하면, 다음과 같이 중화점에서의 표준 용액의 정확한 부피(변곡점)를 구할 수 있다. 실험에서는 시료 용액의 농도를 모른다. 그럼 어떻게 구할까? 실험 전 아는 자료는 다음과 같다. ① 시료의 부피, V1 ② 표준 용액의 몰농도, M2 적정 실험을 통해 구한 자료는 다음과 같다. ③ 중화점에서의 표준 용액의 부피, V2 위 값들을 다음 식에 대입하면 시료의 몰농도(M1)를 구할 수 있다. ( 참고 https://ywpop.tistory.com/4689 ) 예를 들어, 시료 25 mL를 피펫으로 분취하여 삼각플라스크에 넣고, 0.1 M 표준 용액을 뷰렛에 넣고 적정 실험을 한 결과, 중화점(변색점, 종말점)에서 소비된 표준 용액의 부피가 37.5 mL라면, M1 × 25 mL = 0.1 M × 37.5 mL M1 = 0.1 × 37.5 / 25 = 0.15 M [참고] 적정 곡선을 보면 중화점에서의 기울기가 거의 수직에 가깝다. 이 때문에 시료 용액의 변색을 통해 실험적으로 결정한 중화점인 종말점이 중화 반응이 완결된 실제 중화점과 거의 같다고 가정한다. ( 중화점 부근에서 pH가 급격히(거의 수직적으로) 변하기 때문에, 즉, 단 한 방울의 표준용액에 의해 종말점이 결정되기 때문에, “종말점 ≒ 중화점” 이라 간주한다. ) 단 한 방울의 표준 용액에 의해 중화 반응이 완결되기 때문에, 즉 시료 용액이 완전 변색되기 때문에 실수로 표준 용액이 한 두 방울 더 들어가더라도 시료 용액의 농도 결정에 큰 영향을 주지 않는다. 앞의 실험에서, 만약 두 방울 더 들어갔다고 치면, 표준 용액의 소비량은 37.6 mL가 되고, 계산된 시료 용액의 농도는 0.1504 M이 된다. 이처럼 중화 적정 실험은 간단한 실험으로 시료 용액의 농도를 비교적 정확히 구할 수 있는 방법이다. [적정 곡선에서, 중화점 부근에서 기울기가 급격하게 변하는 이유는?] 중화점(당량점) 부근에서는 추가되는 OH^-(또는 H^+)와 중화 반응할 수 있는 H^+(또는 OH^-)의 mol수가 작기 때문입니다. 예를 들어, H^+가 100개 있을 때 OH^-를 1개 넣는 것과, OH^-를 1개씩 계속해서 넣어서 대부분의 H^+가 OH^-와 반응하여 물이 되고, 이제 겨우 H^+가 3~4개 있을 때 OH^-를 1개 넣는 것 중, 어느 것이 OH^-를 넣은 효과가 더 클까요?를 생각해보세요. [ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/7071 ] 곡선이 급변하는 이유는 log 함수 때문이다. [ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/search/강산-강염기%20적정 ] 강산-강염기 적정 [참고] 오리진에서 변곡점 구하기 [ Analysis > Calculus > Differentiate ] [ 참고: 적정 그래프 https://saylordotorg.github.io/text_general-chemistry-principles-patterns-and-applications-v1.0/s20-05-acid-base-titrations.html ] [키워드] 중화 적정 곡선 기준문서, 강산-강염기 적정 기준문서, 중화 적정 곡선 사전, 강산-강염기 적정 사전 |