[공개]
국가기술자격 실기시험문제
| 자격종목 |
화학분석기사 |
과제명 |
분광광도법에 의한 인산전량 정량분석 |
※ 문제는 시험 종료 후 본인이 가져갈 수 있습니다.
※ 시험시간 : 3시간 30분
1. 요구사항
※ 지급된 재료 및 시설을 사용하여 아래 작업을 완성하시오.
다음 [조건]에 따라 바나드몰리브덴산암모늄법에 의한 인산정량 작업을 하시오.
-바나드몰리브덴산암모늄법에 의한 인산전량 정량분석 방법(4-3 페이지 참조)
- 시료칭량 : 주어진 시료를 성분시험 분석조건에 맞게 미지시료를 조제하시오.
- 미지시료 희석 및 발색 : 조제된 미지시료를 기기조건에 맞게 희석하고 발색 시약으로 발색시키시오.
- 흡광도 측정 : 분광광도계를 이용하여 발색된 미지시료의 흡광도를 측정하여, 농도를 계산하시오.
- 검량선은 검량선 작성란에 30 cm 자를 이용하여 반드시 일직선으로 나타내고 미지시료의 농도가 표준액 농도 값의 중간 (5~15 ppm 범위)에 위치하도록 희석하시오.
- 그래프 용지에 미지시료의 농도 값을 농도 축 하단에 화살표 (↑)로 표시하고 그 값을 그래프용지 하단에 기록하시오.
- 성적계산서 작성 : 시료칭량무게, 희석배수, 흡광도 또는 농도를 근거로 소수점이하 4째 자리까지 반올림하여 계산하고 분석성적은 인산($\ce{P2O5}$)의 함량(%)으로 구하시오.
4 - 1
◇ 바나드몰리브덴산암모늄법에 의한 인산전량 정량분석
표준인산액
황산데시케이터에서 건조한 특급 제1인산칼륨제1인산암모늄(순도는 시약병에 명기된 내용을 감안하여 계산하되, 순도가 명기되지 않은 경우에는 99.99%를 기준으로 계산하시오)[($\ce{KH3PO4}$$\ce{NH4H2PO4}$)의 분자량은 136.08934115.0255, 원자량은 각각 K는 39.102, P는 30.9738, O는 15.9994, N는 14.0097, H는
1.00797]으로 액 1 mL 중에 $\ce{P2O5}$로써 1 mg이 함유되도록 1
L를 조제한다.
발색 시약
메타바나드산암모늄$\ce{(NH4VO3) 0.56 g}$을 약 $\pu{150 ml}$의 물에 완전히 녹이고 잘 녹자 않을 경우애는 Hot plate 등애서 조금 가열시켜준 다음 메스플라스크를 이용하여 질산 $\pu{125 ml}$를 가한다. 이 액에 몰리브댄산암모늄$\ce{[(NH4)6Mo7O24*4h3O] 13.5 g}$을 물에 녹여 부어주고 물을 가해 $\pu{500 ml}$로 한다.
미지시료 조제
시험위원이 제시한 공시품($\ce{KH3PO4}$$\ce{NH4H2PO4}$)을 저울로 정확하게 취하고(저울의 소숫점 4째 자리에 나타나나 값을 시료 채취량으로 할 수 있습니다.) 적당량의 물을 이용하여 완전히 녹인 후 염산 약 $\pu{30 ml}$ 및 질산 약 $\pu{10 ml}$를 가한 다음 공시품이 완전히 녹은 것을 확인한 후 물을
가하여
정확하게 $\pu{1 L}$를 조제한다.
정량
표준 인상액을 정확하게 100 mL의 메스플라스크에 미지시료 중의 인(인산)의 양이 0~15 mg/L(0, 5, 10, 15 ppm)가 되도록 수단계로 하여 표준액 사이의 인산($\ce{P2O2}$)으로써 취해 A시약 20 mL를 넣고 눈금까지 증류수를 가하고 흔들어 10분~20분간 놓아 둔 후 파장 415 nm에서 흡광도를 측정한다.
미지시료의 일정향을 100 mL 메스플라스크에 취하고,(필요시, 강산성일 때는 암모니아수로 중화 한 후 질산을 가해 약산성으로 한 후) 표준인산액과 마찬가지로 흡광도를 측정한다. 측정한 흡관도가 정량범위를 벗어난 경우에는 다시 20 ppm 이하가 되도록 미지시료를 일정량 취한 후 다시 미지시료의 흡광도를 측정한 다음 인산($\ce{P2O2}$)의 함량(%)을 구한다.
- Blank 처리나, 검량선 기울기 보정은 실험의 정확도 향상을 위하여 수험자 개인에 맞게 가장 적합한 방법으로 할 수 있습니다.
4 - 3
$\ce{KH3PO4}$$\ce{NH4H2PO4}$
표준물 $\ce{KH3PO4}$$\ce{NH4H2PO4}$를 이용하여 $\ce{P2O5}$ 농도가 1000 ppm이 되는 용액 1 L를 만들려고 한다. 이때 취해야할 $\ce{KH3PO4}$$\ce{NH4H2PO4}$의 질량(g)은 얼마인가?
$\ce{
\begin{array}{ c | c | c | c | c }
1\ \ce{g} P2O5 & mol & 2 KH3PO4 & 136.08934\ \ce{g} KH3PO4 & 100\\ \hline
L & 141.9446\ \ce{g} P2O5 & 1 P2O5 & mol & 99.99
\end{array} \\ = 1.9177\ \ce{g} KH3PO4
}$
$\ce{
\begin{array}{ c | c | c | c | c }
\ce{1 g P2O5} & mol & 2 NH4H2PO4 & \ce{115.0255 g NH4H2PO4} & 100\\ \hline
L & \ce{141.9446 g P2O5} & 1 P2O5 & mol & 99.99
\end{array} \\ = \ce{1.6209 g NH4H2PO4}
}$
미지시료(공시료) $\ce{KH3PO4}$$\ce{NH4H2PO4}$ 0.3000 g으로 1 L 용액을 만든 후 20 ppm 이하가 되도록 100 mL 플라스크에 취했다면, 이 용액에 들어있는 $\ce{P2O5}$의 ppm 농도는 얼마인가?
$\ce{
\begin{array}{ c | c | c | c | c | c }
\pu{0.3000 g} & 99.99 & mol & 1 & \pu{141.9446 g} & ppm \\ \hline
L & 100 & \pu{136.08934 g} & 2 & mol & \pu{E-3 g/L}
\end{array} = \pu{154.89 ppm} \\
7 ppm 100 mL \text{ 시료를 만들기 위해서}, \\
154.89 ppm \times $x$ mL = 7.00 ppm \times 100 mL \\
\therefore $x$ = 4.52 mL \\
}$
따라서 처음 만든 $\ce{1 L}$ 용액에서 $\ce{4.52 mL}$을 취해서 $\ce{100 mL}$로 묽히면 $\ce{7 ppm P2O5}$가 된다.
$\ce{
\begin{array}{ c | c | c | c | c | c }
\pu{0.3000 g} & 99.99 & mol & 1 & \pu{141.9446 g} & ppm \\ \hline
L & 100 & \pu{115.0255 g} & 2 & mol & \pu{E-3 g/L}
\end{array} = \pu{183.25 ppm} \\
7 ppm 100 mL \text{ 시료를 만들기 위해서}, \\
183.25 ppm \times $x$ mL = 7.00 ppm \times 100 mL \\
\therefore $x$ = 3.81 mL \\
}$
따라서 처음 만든 $\ce{1 L}$ 용액에서 $\ce{3.81 mL}$을 취해서 $\ce{100 mL}$로 묽히면 $\ce{7 ppm P2O5}$가 된다.
바탕용액, 표준용액, 공시액의 흡광도를 측정하여 표를 채우시오.
|
blank |
5 ppm |
10 ppm |
15 ppm |
미지시료 |
| 흡광도 |
0.019 |
0.115 |
0.206 |
0.312 |
0.167 |
| blank 흡광도 |
0.019 |
0.019 |
0.019 |
0.019 |
0.019 |
| 보정흡광도 |
0 |
0.096 |
0.187 |
0.293 |
0.148 |
측정된 흡광도를 이용하여 검정곡성 식을 구하고 모눈종이를 이용하여 검정곡선을 그리고 붙여서 제출하시오.
$
y = mx + b \\
m = \frac{n\sum(xy) - \sum(x)\sum(y)}{n\sum(x^2) - (\sum(x))^2}, \ b = \frac{\sum(y)\sum(x^2) - \sum(x)\sum(xy)}{n\sum(x^2) - (\sum(x))^2}
$
|
$x$ |
$y$ |
$xy$ |
$x^2$ |
| STD1 |
5 |
0.096 |
0.48 |
25 |
| STD2 |
10 |
0.187 |
1.87 |
100 |
| STD3 |
15 |
0.293 |
4.395 |
225 |
| 합계 |
30 |
0.576 |
6.745 |
350 |
$ \begin{align*}
y &= \tfrac{3 \cdot 6.655 - 30 \cdot 0.576}{3 \cdot 350 - 900}x + \tfrac{0.576 \cdot 350 - 30 \cdot 6.745}{3 \cdot 350 - 900} \\ &= 0.0179 x - 0.005
\end{align*}$
공시액의 흡광도를 이용하여 미지시료(공시료)에 들어 있는 $\ce{P2O5}$의 질량 %를 구하시오.
$
0.148 = 0.0179 x + 0.013 \\ x = \pu{7.542 ppm} \\
$
$
\pu{7.542 ppm} \times \frac{\pu{100 ml}}{\pu{4.52 ml}} = \ce{166.86 ppm P2O5}\text{이므로,} \\
\frac{\ce{166.86 ppm P2O5}}{\ce{300 ppm KH3PO4}} \times 100 = 55.62\% (\text{이론 값} = 52.2\%) \\
$
$
\pu{7.542 ppm} \times \frac{\pu{100 ml}}{\pu{3.81 ml}} = \ce{197.95 ppm P2O5}\text{이므로,} \\
\frac{\ce{197.95 ppm P2O5}}{\ce{300 ppm NH4H2PO4}} \times 100 = 65.98\% (\text{이론 값} = 61.7\%)
$
$\ce{KH3PO4 1.9177 g}$$\ce{NH4H2PO4 1.6209 g}$을 $\ce{1 L}$ 부피 플라스크에 넣고 표선까지 물을 채워, $\ce{1000 ppm}$ 용액을 만든다.
$\ce{1000 ppm}$ 용액을 $\ce{250 mL}$ 부피플라스크(준비된 적당한 크기의 플라스크에 만들면 된다)에 $\ce{25 mL}$ 넣고 표선까지 물을 채워 $\ce{100 ppm}$ 용액을 만든다.
$\ce{100 mL}$ 부피플라스크에 표준용액을 각각 $\ce{0, 5, 10, 15 mL}$ 씩 넣고, 각 플라스크에 발색시약을 $\ce{20 mL}$ 씩 넣은 뒤 표선까지 물을 채워 $\ce{0, 5, 10, 15 ppm}$ 표준용액을 만든다.