일반화학실험I Ch.5

The Molar Volume of a Gas

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개요

다음의 반응을 통해 수소 기체의 몰 부피를 구한다.

\$\$ \ce{ Mg(s) + 2 HCl(aq) -> MgCl_2 (aq) + H_2 (g) } \$\$

이상 기체 방정식 $ PV=nRT $에 반응 후 압력 변화량과 삼각플라스크의 부피, 발생한 수소 기체의 몰수와 온도를 대입해 기체 상수의 실험값 $ R^* $을 구한다.

이후 같은 방정식을 $ V/n = RT/P $로 변형한 후 $ R^* $과 실험 후 온도, 압력을 대입해 몰부피 $ V/n $를 구한다.

추가적으로 반데르발스 방정식 $ \left ( P+a (n/V)^2 \right )(V/n - b) = RT $에 위에서 구한 $ R^* $를 대입하여 몰부피 $ V/n $를 구한다.

수소 기체에 대해 $ a = 0.2444 ~ \rm{atm ~ L^2 ~ mol^{-2}} $, $ b = 0.02661 ~ \rm{L ~ mol^{-1}} $이다.

실험 도구

버니어 기체 압력 센서, 온도 센서, 600 mL 또는 1 L 비커, 10 mL 메스실린더, 125 mL 삼각플라스크, 1.0 M 염산 용액, 염산을 담을 작은 비커, 마그네슘 리본, 20 mL 가스 실린지, 플라스틱 튜브, 고무마개, 저울 (±0.001 g 정확도)

실험 과정

1. 보안경을 착용한다.
2. 0.001 g의 마그네슘 리본 조각을 준비한다.
3. 125 mL 삼각플라스크를 깨끗히 씻어 말린 후 마그네슘 리본 조각을 넣는다.
4. 큰 비커에 상온의 물을 담아 준비한다. 삼각플라스크를 비커에 넣었을 때 완전히 잠길 정도로 채운다.
5. 버니어 인터페이스의 Channel 1과 기체 압력 센서를, Channel 2와 온도 센서를 연결한 후 이를 컴퓨터와 연결한다.
6. 기체 압력 센서에 달린 흰색 고무마개와 연결할 깨끗한 튜브를 준비한다.
7. 고무마개를 살짝 비틀어 삼각플라스크 입구에 꽉 끼운다.
8. 1.0 M 염산을 준비한 후 5 mL를 20 mL 실린지에 채우고, 이를 흰색 고무마개가 있는 2-way 밸브에 끼운다.
9. 삼각플라스크와 온도 센서를 비커에 넣는다. 온도 센서는 비커의 벽면에 닿지 않도록 한다.
10. Logger Pro 3에서 Advanced Chemistry with Vernier - 05 Molar Volume 파일을 연다.
11. Collect 버튼을 누르고 데이터를 수집한다.
12. 20초 후 실린지와 연결된 밸브를 열고 피스톤을 눌러 염산을 플라스크에 넣는다. 피스톤을 원래 위치로 돌려놓고 밸브를 잠근다.
13. 5분간 데이터를 수집한 후 Stop 버튼을 누른다.
14. 플라스크에서 고무마개를 조심히 제거하고 플라스크를 감압한다. 밸브를 열지 않는다.
15. 실험 메뉴에서 Store Lates Run를 선택하여 데이터를 저장한다.
16. 위 실험을 2회 더 진행한다.

테이블