일반화학실험 - 화학반응속도 구하기

1. 실험 주제

: 화학반응속도 구하기

2. 실험 목적

화학 반응 속도 식을 나타내는 데에 필요한 속도 상수와 반응 차수를 실험적으로 결정한다.
3. 실험 이론 및 원리

화학반응에 영향을 미치는 요인에는 농도, 온도, 촉매가 있다. 그 중 반응물의 농도증가는 반응물의 입자수를 증가시키고 입자수가 증가함으로 반응물끼리의 충돌횟수가 증가하게 되어 결과적으로 화학반응속도가 증가하게 되는 것이다. 즉, 입자수의 증가는 농도의 증가를 불러오고 그것은 충돌횟수의 증가, 곧 화학반응 속도의 증가라 할 수 있다.

○ 반응속도와 농도
반응 속도는 물질을 분자적 관점으로 보아 두 분자가 반응하기 위하여 서로 접근해서 계속적으로 충돌할 때 화학 반응이 일어난다는 충돌 이론이 지배적이다. 따라서, 반응 물질의 농도가 증가하면 충돌의 기회가 증가하여 반응 속도가 빨라진다.
일정한 부피 속에 들어 있는 반응에 참여하는 입자, 즉 원자, 이온 등의 수가 증가하면 분자간의 충돌이 빈번해질 것이고, 따라서 유효 충돌이 많아지면 활성화 착물이 많아져서 반응 속도는 빨라질 것이다.

일반적으로 반응속도는 반응 물질의 농도에 의존하기 때문에 다음과 같은 속도식으로 표현한다.

aA + bB -] cC + dD

k= Rate constant (온도에 의존) m ,n = Reaction order (실험을 통해서만 결정)
이 실험에서는 과산화수소(H2O2)가 물과 산소 기체로 분해되는 반응 속도를 측정한다. 이 분해 반응의 속도는 상온에서 매우 느리지만 KI를 촉매로 넣어주면 반응 속도가 상당히 빨라진다.

1단계 (느림) : H2O2(aq) + I-(aq) → H2O(l) + IO-(aq)
2단계 (빠름) : H2O2(aq) + IO-(aq) → H2O +O2(g) I-(aq)
전체반응 : 2H2O2(aq) → 2H2O(l) + O2(g)

따라서 첫 번째 단계가 속도결정단계가 되며 전체 반응 속도는 다음과 같다.

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