H2O2의 해리반응을 통한 화학반응 속도론에 대해 이해
실험목적
H2O2의 해리반응을 통해 화학반응 속도론에 대해 이해한다.
촉매를 이용해 발생한 기체의 부피를 측정한 뒤 온도를 다르게 하였을 때의 속도상수를 비교하여 활성화 에너지를 구한다.
촉매의 농도를 변화시켜가며 속도상수를 구한다.
화학반응속도론의 개요
화학반응속도론
반응속도와 메커니즘을 연구하여 반응이 어떤 속도로 일어나는지에 대해 설명
화학반응속도론의 목적
반응속도가 반응물질의 농도에 어떻게 의존하는지를 밝혀내고 이로부터 반응메커니즘을 밝혀냄
반응속도의 정의
평균반응속도
(단위 : mol/Ls)
반응시간에 따른 반응물 또는 생성물의 농도변화
간단한 반응의 경우
A + B → C
>0
반응속도의 정의
복잡한 반응의 경우
aA + bB → cC + dD
속도법칙과 속도상수
[A]m[B]n
• 속도상수 k(단위 : mol-(m+n-1)Lm+n-1S-1)
- 온도에 의존, 농도와 무관
- 반응물질에 따른 고유한 값
• 반응차수 m, n
- 실험적으로 결정
- 반응 메카니즘에 대한 정보를 가지고 있다,
0차 반응
반응속도 일정하여 농도와 무관
이를 적분속도법칙 적용하면
[A] = [A0] - kt
고체표면에서의 반응
예) HI(g)→ ½H2(g) + ½I2(g)
1차 반응의 속도법칙
온도와 반응속도
•충돌횟수 증가
•활성화 에너지(Ea)
이상의 에너지를
가진 분자수 증가
Arrehenius식
반응 속도 상수와 온도의 관계를 나타내는 실험식
k = Ae-Ea/RT
A:빈도인자(frequency factor)
Arrhenius식
양변에 대수값을 취하면
만약 위의 식을 따르지 않는다면
촉매
촉매란?
-반응하는 동안 자신은 변하지 않으면서
반응속도를 변화 시키는 물질
• 불균일 촉매반응
• 균일 촉매반응
촉매
불균일 촉매 반응
반응물질과 상이 다른 촉매
Au를 사용한 N20(g) 의 분해
N20(g) →N2(g) + ½O2(g)
균일 촉매반응
반응물질과 상이 같은 촉매
반응성이 큰 중간체 생성
⇒반응속도 증가
예)KI를 촉매로 하는 H2O2의 분해반응
활성화에너지 구하는 방법
활성화에너지
아레니우스 식 이용
k = Ae-Ea/RT
실험반응식
실험반응식
실험과정
1. H2O2 와 KI(0.1M),KCl(0.1M) 100ml 준비
2. 항온조의 온도를 40℃에 맞추고 물을 가열
양재기에 물을 담아 90℃로 가열
3. Stirring bar와 KI 5ml 플라스크에 주입 후 기체부피 측정관과 수위 조절용기의 물높이를 0ml맞춘 후 H2O2 0.3m주입
4. 120초까지 5초마다 부피변화 측정
5. 120초 후 90℃ 의 물 속에서 반응 종결
6. 반응 종결 후 플라스크를 실온에서 식힌 후 최종부피 측정
시약
과산화수소(H2O2) 28%
분자량 34
녹는점 -0.89℃
끓는점 151℃ (100℃에서 분해)
비 중 1.46g/cm3 (0℃)
과산화수소의 분해반응
⇒ △GO = -118kJ/mol (자발적인 반응)
활성화에너지(대기압) ⇒ 76kJ/mol (느린반응)
시약
요오드화 칼륨
상온에서 흰색가루로 존재
농도에 따른 변화
농도에 따른 변화
농도에 따른 변화
농도에 따른 변화
농도에 따른 변화
온도에 따른 변화
온도에 따른 변화
온도에 따른 변화
활성화 에너지 구하기
오차계산
결론
KI 촉매의 사용은 과산화수소의 활성화 에너지를 낮춰줌.
속도상수는 반응경로와 온도에 의존하며 촉매의 농도와는 관계없음.