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금속의 산화-환원반응

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정문 이

on 20 April 2015

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Transcript of 금속의 산화-환원반응

아연과 구리등 금속의 산화-환원 특성 및 그 산화-환원 반응을 이해한다. 금속과 산이 반응하여 수소기체를 생성시키는 현상을 이해한다.
산화-환원반응
산화: 원소나 화합물이 산소와 결합하여 새로운 물질이 되는현상

환원: 산화물이 산소를 잃고 본래의 물질로 돌아오는 반응

동시성: 산화와 환원은 서로 반대 작용으로, 한쪽 물질에서 산화가 일어나면 반대쪽에서는 환원이 일어난다.
실험기구 및 시약
실험목적
황동합금의 제조
1) [실험A] 합동합금의 제조
높은 온도에서 아연은 수산화나트륨과 반응하여 아연산나트륨을 만든다.

2NaOH + Zn →Na2ZnO2

이렇게 만들어진 화합물에 구리 동전을 넣으면 표면의 구리가 산화되면서 용액속의 아연이온을 아연금속으로 환원시켜 주면서 동전 표면에 달라붙게 한다. 구리 동전이 은빛으로 변한다.
이렇게 만들어진 동전을 열로 가열하면 열에 의해 아연이 녹으면서, 구리 구조에 아연이 녹아들어간다. 황동합금이 생성되는 것이며 은빛의 구리 동전이 금색이 된다. 이 실험은 고체-고체 반응과 산화-환원 반응 등을 이해하고자 하는 것이다.
1. 실험과정A에서 정말 위험한 것은 불꽃과 연기가 아니라 염소산칼륨을 다루는 데 있다. 절대 갈지 않아야 한다. 폭발할 수도 있다. 염소산칼륨의 취급 부주의가 실험실에서 일어나는 대형사고 중의 하나이다.

2. 실험 과정 A에서 증발접시는 깨끗하게 한다.
반응을 일으키는 점화 장치가 될 수 있기 때문이다.

3. 실험 과정 A에서 1방울의 황산을 첨가할 때 팔 길이 이상 떨어져서 가한다.

4. 실험 과정 B에서 사용하는 아비산염 용액과 빙초산(100% 아세트산)은 주의 해서 다루어야 한다.

5. 실험 과정 B에서 티오황산나트륨은 사진사들이 정착제로 쓰는 것이다.
물에 뜨는 동전
[실험B] 물에 뜨는 동전
금속(Mg, Al, Zn, Fe 등)과 산이 반응하면 수소 기체가 발생하면서 염이 생성 된다.
반응식의 예) Mg+ 2HCl → Mgcl2 + H2 ↑
2HCl + Zn → Zncl2 + H2 ↑

묽은 염산에 금속 아연을 반응시키면 아연이 전자를 내놓으며 이온화한다.
Zn → Zn2+ + 2(전자-)

수용액 속의 수소 이온(H+)dl 아연판에서 전자를 받아 수소 기체가 발생한다.
2H+ + 2(전자-) → H2 ↑
실험 과정B
실험 과정A
금속의 산화-환원반응
여러가지 산화 환원반응
-증발접시,버너,도가니 집게,구리동전,아연동전,100ml비이커

-6M 염화수소 20ml,아연가루,6M 수산화나트륨

아연의 성질

수산화나트륨
실험이론

[실험과정B : 빠른 금빛 반응]

1. 비이커에 용약A를 100ml 넣는다.

2. 또 다른 비이커에 용액B를 100ml 넣는다.

3. 처음 비이커의 용액을 두 번째 비이커에 붓는다.

4. 15-20초 후에 금색 용액이 갑자기 생길 것이다.
비이커에 용약을 부은 후 금색이 나타날 때까지의 시간을 측정한다.

5. 모든 용액의 온도를 10C 낮춘 상태에서, 위의 전 과정을 반복 실험한다.

주의사항
[실험과정A : 불꽃 생성 반응]

1. 한숟가락의 분말 염소산칼륨과, 한 숟가락 정도의 설탕을 섞는다. 절대 갈지 않도록 한다.

2. 증발접시 가운데 혼합물을 쌓아둔다.

3. 혼합물 가운데에 진한 황산 1방울을 조심스럽게 가한다.

4. 즉시 뒤로 물러난 후 , 증발접시에서 일어나는 화학 반응을 관찰한다.

금속의 산화 환원반응, 여러가지 산화 환원 반응
6조 : 주영선, 최다윤, 한지수, 이정문

수산화나트륨은 강염기의 대표적인 물질로 다른 물질을 잘 부식시키는 위험한 물질이다. 단백질도 가수분해하기 때문에 손으로 직접 만지는 것은 좋지 않다. 수산화나트륨은 고체 결정 상태이기 때문에 화학 반응시에는 주로 물에 녹여 수용액을 만들어 사용하는데, 이때 많은 열을 발생시키므로 주의해야 한다. 만들어진 수용액을 산성용액과 반응시킬 때에도 많은 열을 발생하므로 묽게 하여 사용해야 한다.
또한 매우 위험한 물질이며 조해성을 가지고 있기 때문에 공기와의 접촉을 최대한 피할 수 있도록 마개를 꼭 닫아 보관해야 한다.

염화수소
화학식 HCl. 상온에서 자극적인 냄새가 나는 무색 기체로, 녹는점 114 ℃, 끓는점 -85 ℃, 비중은 기체인 경우 공기에 대하여 1.268, 액체 1.265(녹는점), 고체 1.503(-195℃)이다. 물에는 잘 녹아, 부피로 500배, 무게로는 100 g의 물에 81.31 g 녹는다. 수용액은 염산이라고 한다. 알코올 ·에테르 ·벤젠 등에도 잘 녹는다. 천연으로는 화산가스 속에 함유되어 있는 일도 있다. 공업적으로는 염소와 수소를 반응시켜 만들며, 각종 탄화수소를 염소화할 때 부산물로도 얻고 있다. 실험실에서는 진한 황산에 진한 염산을 떨어뜨려 발생시키거나, 식염과 진한 황산을 반응시켜서 만든다. 무수물은 염화비닐의 원료 등으로 사용되나, 주로 염산으로 사용된다.
실험 과정
실험 목적
-이번 실험을 통해 산화-환원 반응의 속도 및 반응 메커니즘과 각 물질의 역할에 대해 대해서 알아본다.



산화 반응은 전자의 이동으로 일어난다. 즉 원자가 전자를 잃어버리는 반응이다. 예를 들면 다음과 같이 나트륨 원자가 전자를 잃고 이온화 되는 경우에 나트륨 원자가 산화되었다고 말한다.

Na → Na+ + e- (산화)

이때 전자를 받아들이는 물질을 산화제라고 부르는데, 이것은 어떤 물질이 산화되는 것을 돕기 때문이다. 염소산칼륨은 매우 강한 산화제여서 황산의 존재 하에서 설탕을 분해하는 것으로 알려져 있다. 이 반응은 매우 빠른 산화 반응오로 많은 열과 함께 크고 강한 불꽃이 생긴다. 한편, 황산은 강력한 탈수제이어서 설탕으로부터 수소와 산소를 빼어내 물을 만드는 역할을 한다.


화학 반응이 일어날 때 반응의 빠르기와 관련된 화학분야를 ‘반응속도론’라고 부른다. 반응의 속도에 영향을 미치는 요인으로는 반응물의 농도, 반응온도, 촉매 등을 들 수 있으며, 고체가 관여하는 반응에서는 고체의 표면적도 큰 영향을 미친다.
반응의 전체 과정을 살펴보면 아세트산과 티오황산나트륨 사이에 소반응이 일어난다. 두 물질은 반응하여 황화수소가 생성되는데 느리게 일어난다. 하지만 황화수소가 생성되고 나면 아비산나트륨과 빠르게 반응하여 웅황을 생성시킨다.

[실험A] 불꽃 생성 반응
[실험B] 빠른 금빛 반응
아연은 청색을 띤 회색의 금속이다. 아연은 산, 알칼리, 금속에 반응한다. 100 °C부터 210 °C 사이의 온도에서 전성과 연성이 매우 크며, 210 °C를 넘거나 실온에서는 금속이 부서지고 두들기면 가루가 된다. 비자성이며 모스 굳기는 2.5이다. 습한 공기 중에는 표면만 산화되며 이로 인해 내부가 보호된다. 공기 중에서 내식성은 아연의 순도가 높으면 높을수록 좋다고 한다. 공기 중에서 가열하면 흰색의 불꽃을 내며 탄 후, 녹색의 산화물이 된다. 적열 상태에서는 물을 분해해 수소를 발생시키기도 한다.
아연
-초자 : 설탕, 증발접시, 비이커

-시약 : 진한 황산, 염소산칼륨(KClO3), 아비산나트륨, 아세트산, 티오황산나트륨, 용액A(아비산나트륨 2g/물100ml, 아세트산 11ml 첨가), 용액B(티오항산나트륨20g/물100ml)


실험기구 및 시약
물에 녹는 무색의 판상 결정 KClO3. 공업에서는 염박이란 옛 속칭이 있었다. 수용액 중에서는 산성이고 강한 산화제이다. 유기물, 탄소, 황 등과 혼합하여 가열하거나 충격을 부여하면 폭발한다. 극약. 녹는점 368℃, 비중 2.326(39℃)이다. 가열하면 400 ℃에서 분해하여 과염소산칼륨과 염화칼륨이 된다. 더 가열하면 산소를 방출하고 전부 염화칼륨이 된다. 이 반응은 산화망간 MnO2와 같은 금속 산화물을 가하면 촉진되어 70℃에서 산소를 발생하기 시작하므로 실험실 등에서 산소를 얻기 위해 이용된다. 흡습성은 없다. 물에 녹고 알코올에도 소량 녹는다. 산화제로서 성냥·연화·폭약 등의 원료가 되고, 표백제·염료·의약품 등의 제조로도 사용된다. 장기간 보존한 것은 아염소산칼륨을 함유하여 건조 상태에서는 유기물·인·황 등 가연성 물질과 접속하기만 해도 폭발한다. 마찰·충격 등에 예민하여 폭발사고를 잘 일으키며 진한 황산·진한 질산과 접촉해도 잘 폭발한다. 혼합 폭약으로 쓰이기도 한다. 빛이 차단되는 밀폐된 용기에 보관한다.
염소산칼륨(KClO3)
나트륨의 아비산염으로 다음과 같은 것이 알려져 있다. 관용으로 메타아비산나트륨을 말하는 경우도 있다. 삼산화이비소를 수산화나트륨 또는 탄산나트륨의 수용액 중에서 장시간 가열하여 만든다. 성질은 백색 분말인데 물에 잘 녹는다. 그 조성은 확실하지 않다

아비산나트륨(Na3AsO3)
속칭 티오황산소다 또는 하이포라고 한다. 일반적으로 알려져 있는 것은 수화물인 NAS2O3ㆍ5H2O이다. 무색의 결정체, 황화 염료를 제조할 때 황화나트륨의 산화에 의한 부산물에서 얻을 수 있다. 약 100℃에서 결정수를 잃어버리고 무수염이 된다. 물에 대단히 잘 녹고, 그 때에 눈에 띄게 흡열한다. 각종 금속 이온과 반응해서 가용성 티오황산염 착제를 생성하므로, 사진의 정착제로 많이 이용되고 있다. 그외 폐가스의 중화제, 염소 표백할 때 탈염소제, 표백제, 해독제, 분석용 시약 등에 이용되고 있다.
티오황산나트륨(Na2S2O3)

1. 한숟가락의 분말 염소산칼륨과, 한 숟가락 정도의 설탕을 섞는다.절대 갈지 않도록 한다.
2. 증발접시 가운데 혼합물을 쌓아둔다.
3. 혼합물 가운데에 진한 황산 1방울을 조심스럽게 가한다.
4. 즉시 뒤로 물러난 후 , 증발접시에서 일어나는 화학 반응을 관찰한다.
[실험과정A : 불꽃 생성 반응]
1. 비이커에 용약A를 100ml 넣는다.
2. 또 다른 비이커에 용액B를 100ml 넣는다.
3. 처음 비이커의 용액을 두 번째 비이커에 붓는다.
4. 15-20초 후에 금색 용액이 갑자기 생길 것이다. 비이커에 용약을 부은 후 금색이 나타날 때까지의 시간을 측정한다.
5. 모든 용액의 온도를 10C 낮춘 상태에서, 위의 전 과정을 반복 실험한다.
[실험과정B : 빠른 금빛 반응]
1.실험과정A에서 정말 위험한 것은 불꽃과 연기가 아니라 염소산칼륨을 다루는 데 있다. 절대 갈지 않아야 한다. 폭발할 수도 있다. 염소산칼륨의 취급 부주의가 실험실에서 일어나는 대형사고 중의 하나이다.
2. 실험 과정 A에서 증발접시는 깨끗하게 한다.반응을 일으키는 점화 장치가 될 수 있기 때문이다.
3. 실험 과정 A에서 1방울의 황산을 첨가할 때 팔 길이 이상 떨어져서 가한다.
4. 실험 과정 B에서 사용하는 아비산염 용액과 빙초산(100%아세트산)은 주의 해서 다루어야 한다.
5. 실험 과정 B에서 티오황산나트륨은 사진사들이 정착제로 쓰는 것이다.
주의 및 참고사항
실험과정
감사합니다.
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