기체상수 결정 실험, 염소산칼륨 열분해실험[고등][화학실험]

올해 화학실험 클러스터 수업을 1년간 진행하고 있다.

이번에 한 실험은

"기체 상수 결정 실험"

염소산 칼륨의 열분해를 통해 발생한 산소의 부피를 측정하여 이상기체 방정식의 기체상수를 결정하는 실험이다.

[실험 원리]

아보가드로 법칙

이상기체방정식 : PV = nRT

본 실험의 화학반응식 : 2KClO3(s) -> 2KCl(s) + 3O2(g)   , (MnO2는 촉매, 가열 필요)

끄읏.

P, V, n, T를 측정하여 R을 계산해내는 실험.

[실험 방법]

① 그림과 같이 기체 발생 장치에서 발생하는 산소 기체를 수상 치환으로 포집할 장치를 꾸민다. 마개 및 연결 부분을 통하여 기체가 새어 나가지 않는지 장치를 확인해야 한다.

② 약 2g의 염소산칼륨과 약 0.2g의 이산화망간을 시험관에 넣고 고르게 혼합한 후 질량을 정화하게 측정한다. 염소산칼륨은 오븐이나 증발 접시에서 약한 불로 가열하여 충분히 건조된 것을 사용해야 한다. 이산화망간은 도가니에서 실험 전에 1~2분 정도 가열하여 수분을 완전히 제거해야 한다.

③ 눈금 실린더에 물을 가득 채워 기체를 수상 치환으로 모을 준비를 하고, 시료를 넣은 시험관을 거의 수평이 되도록 장치한다.

시험관을 바닥과 수평을 맞춰보겠다고 남학생 4명이 달려들고 있다

④ 약한 불로 시험관을 서서히 가열한다. 시험관을 서서히 가열하여 산소 기체가 급격하게 발생하지 않도록 한다. 산소 기체가 발생하면 눈금 실린더 속의 물이 산소 기체로 치환된다.

⑤ 발생한 기체의 양이 450mL 정도가 되면 가열을 중지하고 시험관이 실온으로 될 때까지 기다린다. 이때 실린더 안의 유리관은 깊숙이 넣어 수면보다 위치가 높게 한다.

메스실린더를 잡고 있는 학생은 사실 3차례의 시도끝에 메스실린더에 고무관을 집어넣을 수 있었다 ㅎㅎ

⑥ 시험관이 실온으로 되면 눈금 실린더의 수면의 높이가 수조의 수면과 같아지도록 조절한 다음 기체의 부피를 측정한다.

⑦ 시험관의 질량을 다시 측정한다. 대기 압력을 기록하고, 수조 속의 물의 온도를 측정한다.

[팁!!!]

-물의 부피를 측정하기 전에 산소 확인 실험도 가볍게 해볼 수 있다. 강철솜만 있으면 된다. <- 애들 관심 높이기용

 

- 산소를 포집한 메스실린더를 뒤집을 때는 손바닥으로 막은 뒤 재빨리 뒤집는다.

- 고무 호스관은 긴 걸로 사용하는 게 좋다. 메스실린더 깊숙한 곳까지 넣을 수 있도록 말이다.

[실험 결과]

1. 시험관 처음 질량	반응 전 "시험관 + 염소산 칼륨 + 이산화 망간"
2. 시험관 나중 질량	반응 후 "시험관 + 염소산 칼륨 + 이산화 망간"
발생한 기체 부피	메스실린더 이용해 계산
대기압	1기압
물의 온도	온도계 이용해 측정
물의 수증기압	온도에 따른 수증기압 데이터 이용(검색해서 대입)
산소 분자량	32 g/mol
오차(%)계산	[{(이론값)-(실험값)}/(이론값)]*100

 

[후기]

몇번의 화학실험을 해본 아이들과 한다면 실험 시간도 그리 오래걸리지 않는다.

그리고 실제 산소 기체가 빠르게 발생해서 애들도 놀란듯

그리고 계산했을 때 기체상수도 이론값에 거의 가깝게 나와 굉장히 뿌듯해했다.

아이들의 성취감도 높일 수 있는 좋은 실험이었다 ^^

만족!!

안뇽!