[화학및 실험1] 4주차 결과보고서, 마그네슘 연소 반응을 이용한 산소의 원자량 결정

1. 실험 목적  

마그네슘의 연소 반응을 통하여 결합한 산소의 원자량을 구해낸다.

2. 실험 이론 

조사할 내용

1) 원자량
2) 질량 보존의 법칙

예비보고서에서 확인한 마그네슘 연소반응식

(4주차 예비보고서에서 작성)

https://devlawyer.tistory.com/9

[화학및 실험1] 4주차 예비보고서, 마그네슘 연소 반응을 이용한 산소의 원자량 결정

3. 실험방법

1) 증류수를 이용하여 도가니와 뚜껑을 닦고 물기를 닦는다.

2) 마그네슘 리본 표면을 사포로 은색이 날 때까지 문지른 후 휴지로 닦는다. 그리고, 질량을 측정한다.

▲주의사항  1   사포질 할 땐 반드시 종이를 깔고 실험하며 실험 후 반드시 청소 할 것.

                  2   7 cm정도의 Mg 리본의 질량은 약 0.15 g정도임.

 

3) 도가니에 마그네슘 리본을 넣고 질량을 측정한다.

4) 도가니에 뚜껑을 덮은 후, 링클램프 위에 고정된 삼각링에 도가니를 고정시키고 가열한다. 가열 시작부터 연소 시간을 잰다.

5) 2~3분이 지난 후부터는 도가니 집게를 이용하여 뚜껑을 여닫으며 빨갛게 타는지 관찰하 고(뚜껑을 열어두지 말 것) 마그네슘 리본이 모두 희게 변하면 불을 끄고 시간 재는 것 도 중지하고 실온에서 10분 식힌다. (연소 시간은 약 10분 정도가 소요된다.)

▲ 주의사항 1 뚜껑은 가열 시작 후 2~3분 후부터는 30~40초 간격으로 여닫아야 함.

                  2 뚜껑을 열어도 마그네슘이 빨갛게 달궈지지 않을 때 가열을 중지함.

6) 충분히 식은 후에 뚜껑을 열고 (도가니+연소된 마그네슘 리본)의 질량을 잰다.

▲주의사항 1충분히식지않은상태에서뚜껑을열게되면불꽃이튈수있음.

 

7) 1~6의 과정을 1회 더 반복한다.
8) 1~6의 과정을 반복하되 연소시간은 완전연소 시간 +5분으로 한다. (완전연소 + 5분)

4. 기구와 시약

마그네슘 리본, 초시계, 사포, 스탠드, 링 클램프, 삼각링, 분젠 버너, 도가니와 도가니 뚜껑, 도가니 집게, 목장갑

5. 실험 과정

연소가 잘 안되어 3번이나 실험기구를 바꿔서 함...

일단 사포로 문질러서 순 마그네슘을 얻어보도록 하자

무게를 재고 연소를 하자 (이 과정은 연소가 너무 되지 않아서 다시함 ㅠㅠ)

 

연소전 도가니와 마그네슘 무게, 연소가 되는지 확인 (이번 껀 너무 연소가 잘되어 예상시간보다 일찍 연소가 끝났다)

연소 후 도가니와 연소물 무게 (무게가 줄어들었다) , 랩1: 연소시간, 랩2: 도가니 식힌시간

6. 실험 결과

뭔가 이상한게 완전연소 2가 산소 원자량에 근접하게 나왔는데 

완전연소1은 정답점수를 주고 완전연소2는 점수를 주지 않았다... 뭘까? (이의 신청후 이후 수정예정)

6-1. 사포로 마그네슘 리본 표면을 문지르는 이유를 서술하시오.

마그네슘은 공기 중에서 쉽게 산화되기 때문에, 마그네슘 리본을 사용할 때는 표면에 산화 방지 처리를 해야 한다.
실험에서는 순수한 마그네슘이 필요하기 때문에 산화되어 있을 수 있는 부분, 즉 표면을 사포로 문질러 은색이 날 때까지 산화된 부분을 제거해 질량을 측정해야한다.
만일 제대로 완전히 제거하지 않다면 실험의 측정에 관련없는 연소 반응이 일어나 실험값에 영향을 줄 수 있다.

6-2. 결합한 산소의 원자량을 구하는 과정을 서술하시오. (반응식과 함께)

결합한 산소의 질량을 x g이라고 하면 반응식이 2Mg + O2 -> 2MgO 이므로 질량보존 법칙에 의하여
Mg가 24.3g, O2가 x g반응할 때 MgO는 (24+x)g을 생성하게 된다. 24.3g : (24.3+x)g = Mg : MgO 이다.
산소의 원자량을 측정할때 반응식에서 Mg원자 2몰 O(산소)원자도 2몰 필요하므로 원자당 1대1 반응이다. 마그네슘이 0.069g반응 했으므로 주어진 원자량으로 나누면 몰수가 나온다.
0.069g/(24.30 g/mol) = 0.0028mol
이값을 다시 0.005에 나누면
0.005/ 0.0028 = 1.76g/mol

두번째도 같이 계산하면 13.3826087g/mol 가 나온다.

 

6-3. 위의 문항에서 구한 산소의 원자량과 실제 원자량(16.00g/mol)의 오차율을 구하고 오차의 원인을 서술하시오. (오차율 계산 과정 포함)

(16.00 - 7.57173913) *100/ 16.00=52.68%

오차원인
마그네슘 연소반응자체가 원활이 되지않아 장소를 옮겨가며 실험을 3회나 진행하였다. 1회결과물이 나오는 실험시 연소시간이 6분 54초 밖에 되지않아 연소시간이 충분치 않았던 것 같다. 또한 실험에서 마그네슘을 사포로 긁을 때 완전히 긁어지지 않아 불완전 연소가 일어나 실험에서 측정 오차가 발생할 수 있다.
또한 실험장비나 실험미숙으로 인해 실험 장비나 실험 환경의 오차로 인해 결과에 영향을 미치는 시스템 오차가 발생할 수 있다.