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화학적 원리를 이용한 물의 정화

2016 청원학생 교과연구논문대회-Sunsiri와 친구들
by

Lee Tae Gyu

on 17 November 2016

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Transcript of 화학적 원리를 이용한 물의 정화

중화 적정
물을 어떻게 정화할까?
중화반응
을 이용

완충 용액
을 이용

적정을 이용한 물의 정화 실험
실험 준비물
: 염산 (10% 희석액), 0.1M 수산화 나트륨 수용액, 페놀프탈레인 용액, 삼각 플라스크, 피펫, 뷰렛, 뷰렛 집게, 스탠드, 흰 종이, 실험용 장갑
화학적 원리를 이용한
물의 정화

10612 김정원 10307 김진현 10629 이태규 10414 김현진
10623 장한결
Sunsiri와 친구들
청원학생 교과연구논문대회
화학적 원리를 이용한 물의 정화
목차

1.물을 어떻게 정화할까?

2.연구를 위한 배경지식을 알아보자!


3. 물 정화 이론 및 실험

4. 연구 결과 5. 기대 효과
1)공통 이온 효과
2)완충 용액
3)중화반응
4)적정
역할 분담
10612 김정원
10307 김진현
10614 김현진
10629 이태규
10623 장한결
조장
부조장
팀원
팀원
팀원
중화 반응:
산과 염기를 반응
시켰을 때 염기의 양이온, 산의 음이온이 만나
염을 생성
하고
물을 생성
하여
열을 발생
하는 반응
완충 용액:
외부로부터 어느 정도의 산이나 염기를 가했을 때,
영향을 크게 받지 않고

수소이온농도(pH)를 일정하게 유지
하는 용액
ex) 혈액
중화 반응
을 이용한 물의 정화
pH가 변한 물
물의 pH농도
정상화!

산성이면
염기성
,
염기성이면
산성
용액 투여
중화반응
pH의 정상화
완충 작용
을 이용한 물의 정화
pH가 변하기 전의 물
pH가 변하기 전
,미리 완충용액 투여
완충 용액의
pH 유지 작용
정상적인 pH
<배경 지식>
공통 이온 효과
HF
용액 A
NaF(s) Na (aq)+F (aq)
-
+
HF = 약산
(소량 해리)
용액 내 주 화학종
HF,Na , , H O
-
+
2
NaF
용액 B
F
-
F
공통이온
와 에서 의 해리 정도 비교
용액 A
용액 B
HF
HF(s) H (aq)+F (aq)
-
+
공통 이온 효과
HF의 해리 평형 -
왼쪽으로 이동(Le Chatelier 원리)

HF의 해리 정도
-
용해된 NaF로 인해 낮아짐
이처럼 평형 반응에 이미 포함된 이온을
첨가함으로써 평형의 위치가 이동하는 것을
공통 이온 효과
라고 한다.
(이 효과로 인해 는 보다 약산의 성질을 띤다.)
완충 작용의 원리
완충 작용의 핵심 원리
완충 작용의 핵심 원리는
평형 시작 전과
후 , 의 비율을 초기 수치에 최대한 가깝게 유지
시키는 것
(이는 약염기와 그 짝산에서도 동일하게 활용할 수 있다.)
완충 작용의 원리
HA,A
완충 용액
OH +HA A + H O
-
수산화이온이 쌓이지 않음
( 로 대체)
에 대한 해리 평형
-
-
2
A
-
HA
K
a
[H ][A ]
+
-
[HA]
K
a
[A ]
+
-
[HA]
[H ]
+
[H ]
[A ]
-
K
a
가 상수이므로
+
[H ]

[HA]
와 에
비례
[A ]
-
HF
용액 A
용액 B
-많은 양의 , 가
들어 있음
[HA]
[A ]
-
[HA]
[A ]
-
-약산
-짝염기
중화점
'중화' =
1:1의 몰 수 비로 반응하여 중화 반응이 끝난 지점을
중화점
이라고 한다
중성을 띤다는 것
, =1:1 몰 수 비
+
H
OH
-
적정
농도를 알고 있는 용액을 분석할 물질이 완전히 소비될 때까지 미지의 용액에 가하는 것


대표적으로
강산-강염기로의 적정, 약산-강염기로의 적정, 약염기-강산으로의 적정
이 있다.
용액 중의 산이나 염기의 양을 결정하는데 일반적으로 사용된다.
적정
강산
강염기
-당량점 부근에서 매우 급격한 pH 변화
HCl를 NaOH로 적정하는 경우 당량점이 pH 7.0이며 적정 곡선을 봤을 때 당량점 부근이 거의 y축에 평행하다.
약산
강염기
당량점 이후 적정곡선의 모양은 강산을 적정할 때와 유사하지만 당량점 이전 모양과는 차이가 있다.
중간 지점에서 일시적으로 평평해졌다가 다시 급격하게 증가
하는 모습을 볼 수있다.(완충 작용으로 설명 가능)
강산
약염기
적정곡선의 모양이 당량점에 도달하기 전까지는 HCl을 NaOH로 적정했을 때와 비슷하지만 당량점 이후부터 달라진다.
약산
약염기
-pH의 급격한 변화가 없다.
실험 과정
1. 부피 플라스크에 정확한 농도의
수산화나트륨 표준 용액
을 만든다.
2.피펫으로
묽은 염산
20mL를 삼각 플라스크에 넣고
페놀프탈레인 용액
1~2 방울을 넣는다.
3.
수산화나트륨 표준 용액
을 뷰렛에 넣고, 삼각 플라스크 속
염산에 표준 용액을 조금씩 떨어뜨리면서 중화적정
을 한다. 이때 삼각 플라스크 속 용액을 약 10초 동안 흔들어도
엷은 분홍색
을 띠면 적정을 멈춘다.
4. 과정 1~3을 세 번 반복하여
적정에 소모된 수산화나트륨 수용액의 부피
를 구한 후 평균 값을 계산한다.
5. 수산화나트륨을 첨가하는 몇 가지 시점에서
수용액의 pH
를 계산한다.
실험 결과
실험
NaOH를 첨가하기 전
우선 HCl의 몰농도를 구해야 한다. 대개 시판되는 염산은 질량기준이므로 HCl 10g, 90g이 된다. HCl의 분자량은 36.5g이기 때문에 1mol=36.5g이다. 1M=1mol/L을 뜻하므로 HCl 10% 희석용액의 몰농도는 0.27M이다.
에서 이므로
+
[H ]=0.27M
HCl
+
pH=-log[H ]=-log0.27=0.57
(강산성)
실험
NaOH를 20mL 첨가했을 때
실험
NaOH를 54mL 첨가했을 때 (당량점)
결과
실험은 여건상 HCl과 NaOH 중화 실험의 경우만 진행되었지만
기본적인 원리는 모든 중화 및 적정 실험에 공통적으로 적용
된다.
따라서 다른
산도를 가진 시약 사이에서 pH를 7로 맞추는 실험도 충분히 가능
하며 이를 실생활에 적용시키는 것 역시 가능해진다.
완충 용액을 이용한
pH 유지
혈액!
혈액의 완충 작용
물에 동일하게 적용!
완충 용액을 이용한
pH 유지
탄산수소 이온/탄산 이온: 완충 기능에 영향을 줌

물은 약산과 약염기를 투여했을 때 일어나는 pH 변화를 견딜 수 있다.
탄산 이온:칼슘 이온과도 반응

탄산칼슘 형성
*탄산칼슘
은 바다생물의 경우 담치류의
껍질, 산호의 골격, 미세조류의 외골격 등
의 형성에 중요한 영향을 끼친다.
환경에 긍정적인 영향
완충 작용
생명체가 살아갈 수
있을 정도의
pH 지수

맞추는 것이 가능
기대 효과
연구 결과
이 주제를 선정하게 된 이유
물리적 정화
'물 정화'
고등학생 수준
에서 가능한 연구
생물학적
정화
화학적 정화
화학적 정화
(pH 정상화)
적절한pH 지수
생명체가 생존하기 위해
가장 중요한 요소 중 하나
pH 농도 정상화
환경 문제 해결
연구의 활용 방안
다양한
pH 지수 정상화가
필요한 상황
공장폐수
정화
산성 토양 정화
수질 오염 해결
실험실
폐기물 처리
수중 생태계 복원
0.주제 선정 동기
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