[레포트] 기체 상수의 결정 보고서

1. 실험제목 : 기체 상수의 결정

2. 실험목적 : 반응에서 발생한 산소와 이산화탄소의 부피와 소모된 시료의 양을 이용하여 기체 상수(R) 값을 결정한다.

3.실험 이론

기체의 양과 온도, 압력, 부피 사이의 관계는 기체 상태방정식으로 주어진다. 대부분의 기체는 온도가 충분히 높고 압력이 충분히 낮은 상태에서 이상기체 상태방정식을 잘 만족한다.
이 실험에서는 산소 및 이산화탄소 기체의 부피, 몰수를 측정하여 기체상수를 결정한다. KClO3를 가열하면 산소 기체가 발생하고, KCl 고체가 남는다. 이때 MnO2는 KClO3의 분해반응에 촉매로 작용하여 산소기체의 발생 속도를 증가시킨다. 이 반응에서 발생한 산소 기체의 부피는 기체 발생 장치에서 밀려나간 물의 부피로부터 계산할 수 있다. 그러나 반응이 진행 될 때 삼각 플라스크에는 산소기체와 함께 수증기도 포함되어 있으므로 산소기체의 압력을 정확하게 알아내기 위해서는 부록의 표를 이용하여 기체의 부분압력을 보정해야 한다.
NaHCO3인 경우 CO2 기체가 발생한다.
2 KClO3(s) → 2KCl(s) + 3O2(g)
NaHCO3(s) → NaOH(s) + CO2(g)
기체상…(생략)

1) 이상기체

2) 이상기체 상태방정식

3) 촉매의 역할

4) 온도에 따른 물의 증기압 표

4. 실험 방법

(1) 그림과 같은 기체발생 장치를 만든다(시험관 연결 제외). 마개와 고무관의 연결부분으로 기체가 새어 나가지 않도록 파라 필름으로 꼼꼼히 틈을 막는다. 비커에 연결된 고무관은 삼각플라스크의 바닥에 닿을 정도로 충분히 길어야 한다.

(2) 약 1 g 의 KClO3 와 0.1g의 MnO2 를 시험관에 넣고 총 무게를 측정하여 기록한다.

(3) 그림과 같이 비커에는 약간의 물을 넣고 삼각플라스크에는 물을 거의 가득 채운다. 그리고 클램프를 연 상태에서 시험관이 연결된 고무관에 입김을 부드럽게 불어넣어, 비커 쪽으로 연결된 고무관에 물이 채워지게 한 후, 물이 역류하지 않도록 조임 클램프로 고무관을 막는다.

(4) (2)에서 준비한 시험관을 그림과 같이 고무관에 연결한 후 파라필름으로 틈새를 막는다. 그림과 같이 시험관을 약 30°정도 기울여 고정시키는데, 이때 시료가 시험관의 벽을 따라 넓게 퍼지게 하고 고무마개에 닿지 않게 한다.

(5) 현재 상태에서는 삼각플라스크의 압력과 대기압이 다르므로, 두 기압 사이의 평형을 이루도록 조절하기 위해서 조임 클램프를 열고 비커의 수면이 삼각플라스크의 수면과 일치하도록 비커를 올려준다. 이때, 비커에 담겨 있던 고무관이 물 밖으로 나오지 않도록 주의한다 (그렇게 하지 않으면 기체가 삼각플라스크로 들어간다).

(6) 조임 클램프를 잠그고 비커에 있는 물을 버린다.

(7) 조임 클램프를 다시 연다. 이때 물이 다시 비커로 들어가더라도 그대로 방치한다.

(8) 분젠버너를 이용해 시험관 전체를 서서히 가열하면 기체가 발생하면서 삼각플라스크의 물이 비커로 밀려나온다. (불꽃의 가장 윗부분과 시험관과의 간격을 약 3cm로 유지한다. 불꽃과 시험관이 너무 가까우면 반응이 격렬히 일어나고 다량의 기체가 한번에 발생하여 위험하다. 또한 거리가 멀면 반응이 너무 느려진다.)

(9) 비커로 밀려나오는 물의 양이 점점 줄어들다가 물이 역류하기 시작하면, 가열하는 것을 멈추고 시험관이 식을 때까지 기다린다.

(10) 비커 속의 물의 양을 측정하고 시험관의 무게를