[화학실험 레포트 보고서] 질산포타슘의 용해도 실험결과

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실험 원리

고체 용질이 액체의 용매에 녹는 과정은 열역학적으로 다음과 같이 표현된다.

일정한 온도와 압력에서 용질이 자발적으로 녹기 위해서는 △G`0이 되어야만 한다. 즉, 용질 고체가 용매에 녹아서 에너지가 감소하거나 엔트로피가 증가하는 경우에만 용질이 자발적으로 녹게 된다.

용질이 녹을 때는 언제나 엔트로피가 증가하기 때문에 항상△S`0이고, 용질의 농도가 증가하면 △S의 값은 감소한다. 액체나 고체와 같은 응축상에서 △H와 △S는 온도 변화의 폭이 대단히 크지 않을 경우에는 거의 일정한 값을 갖는다. 그러나 △G는 온도에 따라 민감하게 변하기 때문에 용해도는 온도에 따라서 달라진다. 온도가 증가하면 엔트로피 증가의 효과가 점점 더 커지기 때문에 일반적으로 용해 될 때 열을 흡수하는 (△H`0:흡열반응)물질의 용해도 Ksol는 온도에 따라 다음과 같이 증가한다.

질산포타슘(질산칼륨)을 물에 녹인 후 식혀서 처음 고체가 석출되는 온도가 해당하는 양의 질산칼륨이 포화되는 온도이다. 이 때 mol은 단순히 녹은 질산칼륨의 질량을 질산칼륨의 분자량(101.10)으로 나누면 된다. 따라서 몰농도 M은 mol/L 이므로 mol에 0.01로 나눠준다. 여기서 구한 몰농도를 [KNO3]라고 하면된다.
그런데 질산칼륨이 물에 녹으면 대부분이 이온화되므로 이온화도는 1로 둔다.
화학 반응식은 KNO3 → K+ + NO3-
(여기서 평형 화살표를 쓰지 않은 것은 모두 이온화된다고 가정했기 때문이다.)
이 때 평형상수 K는 [K+][NO3-] (KNO3 는 고체이기 때문에 평형식에 포함되지 않음.)
KNO3 의 용해도 = [K+]=[NO3-] 이기 때문에 K=(KNO3 의 몰농도)^2 가 된다. 여기서 logK 를 구할 수 있다. 또 이 점에서 온도를 알고 있기 때문에 1/T 도 구할 수 있다.
여기서 하나의 식이 필요하다.

따라서 1/T 를 x 축, lnK 를 y 축으로 했을 때 기울기는 -ΔH/R 이고, y 절편은 ΔS/R이다. 여기서 R 은 물론 기체상수인 8.315 J/mol K 이다. 따라서 엔탈피 ΔH와 엔트로피 ΔS를 구할 수 있다. 를 이용하여 깁스 E의 값 ` 0 을 알 수 있다. 비자발적 반응으로 외부에서 열이나 압력을 받아서 작용하는 반응(흡열반응)임 알 수 있다.

실험결과
(1) KNO3의 F.W=101.10g/mol

KNO3(g)
mol(=g/101.1g/mol)
M(=mol/0.01L)
결정이 생기는 온도(℃)
T(=273+℃)
4
0.0396
3.96
20
293
8
0.0791
7.91
44
317
12…(생략)

[문서정보]

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