이 실험 소개
선택한 금속을 묽은 산, 황산구리 용액 또는 황산아연 용액에 담가 반응성에 대한 예측을 확인합니다. 산에서는 수소가 발생할 수 있고, 염 용액에서는 다른 금속이 금속 조각 표면에 석출될 수 있습니다. 남은 고체와 석출된 고체를 추적하면 활발히 반응하는 금속 조각의 전체 고체 질량이 반드시 감소하는 것은 아닌 이유를 알 수 있습니다.
학습 목표
- 표준 환원 전위 차이를 이용해 금속의 반응성을 비교합니다.
- 수소 발생과 치환 석출을 구별합니다.
- 반응하는 금속 조각과 용액에 몰수 및 질량 수지를 적용합니다.
사용 방법
- 1마그네슘, 아연, 철, 구리를 각각 산에 넣고 예상되는 관찰 결과를 비교합니다.
- 2철을 황산구리 용액에 넣고 석출된 구리와 고체 질량의 변화를 살펴봅니다.
- 3구리를 황산아연 용액에 넣고 치환 반응이 일어나지 않는 이유를 설명합니다.
- 4금속의 질량과 용액의 양을 바꾸어 한계 반응물로 인해 반응이 정체되는 지점을 찾은 다음, 기체나 석출물을 기록합니다.
모델
가정
- 이 제한된 모델에서 금속은 2가 이온을 형성합니다. 기준 환원 전위(볼트)는 Mg -2.372, Zn -0.763, Fe -0.440, Cu +0.340이며, 수소는 0입니다.
- 기준 전지 전위가 양수이면 반응이 일어나도록 설정됩니다. 농도에 따라 달라지는 실제 전극 전위, 산화물 피막, 부동태화 및 반응 속도론적 장벽은 고려하지 않습니다.
- 선택한 금속에는 지정된 1차 반응 진행 속도 상수가 적용됩니다. 속도 차이는 설명을 위한 것으로, 측정된 반응 속도 예측값이 아닙니다. 고체 질량에는 반응하지 않은 시작 금속과 석출된 치환 금속이 모두 포함됩니다.
수업에서 해 보기
- Q1마그네슘 원자가 마그네슘 조각에서 떨어져 나가는데도 전체 고체 질량이 증가할 수 있는 이유는 무엇인가요?
- Q2표준 기준 전위가 선택한 각 농도에서의 실제 전압이 아닌 이유는 무엇인가요?
자주 묻는 질문
유리한 반응은 모두 기포를 만들어야 하나요?
아니요. 이 모델에서는 산이 환원되어 수소가 생성됩니다. 금속 이온 치환에서는 대신 고체 석출물이 생깁니다.
눈에 보이는 변화가 없으면 실제 반응이 열역학적으로 불가능하다는 뜻인가요?
아니요. 실제 관찰 결과는 표면 상태와 반응 속도에도 영향을 받습니다. 이 모델은 표준 전위 규칙만 의도적으로 제한하여 사용합니다.