나트륨과 염소로 염화나트륨 만들기
1 족 금속과 7족 원소가 반응성이 크다는 것과 금속과 비금속으로 이루어진 화합물은 이온 결정이라는 사실을 보여줄 수 있는 실험이다. 액체상으로 존재하는 금속 나트륨이 담겨 있는 유리조각을 염소 기체가 들어 있는 통에 넣으면 강렬한 발열 반응이 일어나면서 염화나트륨이 생성된다.
주의
1. 보안경을 착용하고, 강산을 다룰 때는 1 회용 장갑을 낀다.
2. 염소 기체는 반드시 후드에서 만들어야 한다. 염소 기체는 독성과 부식성이 있다.
3. 생성물을 확인하기 위해 맛을 보아서는 안 된다.
준비물
기구 : 가지 달린 플라스크(250 mL), 둥근 바닥 플라스크(500 mL), 안전 깔때기, 연소 숟가락, 고무관, 고무 마개, 집게, 열교반기(가열 장치)
재료 : 표백분, 6 M 염산, 금속 나트륨
과정
1. 염소 기체는 다음과 같이 만든다.
⑴ 표백분 Ca(OCl)2 3 숟가락 정도를 뚜껑이 있는 가지 달린 플라스크에 넣는다. 여기에 적당량의 물을 넣어 슬러리를 만든다. 플라스크의 가지에 고무관을 연결하고, 고무관의 한쪽 끝을 큰 둥근 바닥 플라스크의 바닥 부분에 닿게 한다. 고무관의 끝에 유리관을 연결해도 좋다.
⑵ 약 30 mL의 6 M 염산 용액을 표백분이 든 플라스크에 넣고 뚜껑을 닫는다. 이 때 뚜껑 대신 안전 깔때기를 끼운 고무 마개를 사용해도 좋다. 둥근 바닥 플라스크에 하방 치환으로 염소 기체가 가득 찰 때까지 모은 다음 고무 마개로 닫아 둔다.
⑶ 반응 용기에는 물을 서서히 넣어 반응을 멈추게 한 다음, 용기가 식으면 내용물을 버린다.
2. 집게를 이용하여 깨끗한 유리 조각(시험관을 이용하면 된다)에 콩알 크기의 금속 나트륨을 놓고 녹을 때까지 서서히 가열한다.
3. 녹은 나트륨이 든 유리를 염소가 든 플라스크에 넣고 뚜껑을 닫는다.
반응
금속 나트륨은 염소 기체와 반응하여 염화나트륨을 만든다.
물음
1. 이 반응에 수반된 에너지의 종류는 어떤 것들인가?
2. 염화나트륨이 생성되었는지의 여부를 어떻게 확인할 수 있겠는가?
풀이
1. 나트륨의 승화열, 나트륨의 이온화 에너지, 염소의 결합 에너지, 염소의 전자 친화력, 염화나트륨의 격자 에너지
2. 생성된 흰색 결정을 물에 녹인 후 질산은 수용액을 떨어뜨려서 흰색 침전이 생성되는지를 확인한다. 절대로 맛을 보아서는 안된다.
도움말
1. 이 반응이 일어날 때는 강한 빛과 많은 반응열이 수반된다.
2. 나트륨의 녹는점은 97.8 ℃이다.
3. 나트륨을 담을 유리 조각을 만들기 위해서는 시험관을 종이로 싼 다음 망치로 친다. 곡면이 있는 조각을 골라서 가장자리를 불꽃으로 다듬는다.
4. 생성된 물질이 염화나트륨인지를 확인하기 위해서는, 수용액을 만든 다음 질산은 수용액을 떨어뜨려 흰색 침전이 생기는지를 본다.
참고문헌
L.R. Summerlin, C.L. Borgford, and J.B. Ealy (1988) Chemical Demonstrations, Vol. 2, p. 56, American Chemical Society.
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