산소의 제조와 포집

중학교화학25 °C에서 정해진 1차 촉매 모델에 따라 과산화수소를 분해하고, 전달관 내부의 공기와 포화 수상 치환 포집을 결합합니다

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이 실험 소개

산소 포집 장치를 조립하고 분해 반응을 시작한 다음 기체의 양과 순도를 비교합니다. 전달관에 처음 들어 있던 공기 때문에 첫 번째 시료의 순도는 낮아집니다. 해당 기체를 버리면 이후 시료의 순도는 높아지지만, 물 위에서 포집한 기체에는 수증기가 계속 포함됩니다.

학습 목표

  • 과산화수소 소비량을 과산화수소와 산소의 몰비 2:1과 연관 지어 봅니다.
  • 기체 부피, 전환율, 산소 순도를 구분합니다.
  • 퍼지와 대기압이 포집된 시료에 어떤 영향을 미치는지 조사합니다.

사용 방법

  1. 1포집 장치를 연결하고 전달관 내부의 초기 공기를 10 mL로 유지한 채 첫 번째 기체를 버리지 않고 포집합니다.
  2. 2새 실험을 시작하고 20 mL를 버린 뒤, 동일한 반응 시간 후의 순도를 비교합니다.
  3. 3촉매 활성을 높이고 최종 화학량론적 수율이 아니라 동일한 전환율에 도달하는 데 걸리는 시간을 비교합니다.
  4. 4압력을 바꾸고 다시 수집한 뒤, 습윤 부피, 잔류 과산화수소량, 시료 순도를 기록합니다.

모델

1차 반응에 따른 산소 생성
이상 기체 수집 시 수증기 보정

가정

  • 반응은 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂입니다. 1차 반응 속도 상수는 선택한 촉매 활성의 초당 0.035배이며, 실험을 통해 보정한 값이 아니라 교육용으로 정해진 반응 속도입니다.
  • 모든 기체는 298.15 K에서 이상 기체로 취급합니다. 수집된 기체는 수증기 분압이 3.17 kPa로 고정된 상태에서 포화되어 있습니다. 수두압과 용존 산소는 고려하지 않습니다.
  • 초기 공급관의 기체에는 산소가 21퍼센트 포함되어 있으며, 퍼지하는 동안 완전히 혼합됩니다. 포집기는 물로 가득 찬 상태에서 시작합니다. 포집기가 분리되어 있으면 생성된 기체를 담아 둘 수 없습니다.

수업에서 해 보기

  1. Q1수집된 부피가 더 큰데도 산소 비율은 더 낮을 수 있는 이유는 무엇인가요?
  2. Q2촉매는 시간에 따른 곡선을 바꾸면서도 과산화수소와 산소의 화학량론적 비율은 바꾸지 않는 이유가 무엇인가요?

자주 묻는 질문

오랫동안 퍼지한 뒤에도 순도가 100퍼센트 미만인 이유는 무엇인가요?

습윤 시료에는 여전히 수증기가 포함되어 있으며, 퍼지 시간이 유한하면 초기 튜브 내부 공기가 소량 남을 수 있습니다.

활성도 설정이 실제 촉매 배합을 지정하나요?

아니요. 곡선을 비교하기 위한 정규화된 속도 배율일 뿐이며, 측정된 촉매 투입량이나 제조 절차가 아닙니다.