[화1] 중화반응 팁(2/2)
안녕하세요 수능 화학 강사 김동준입니다
오늘은 중화반응 두 번째 팁으로
전하량 보존에 대해 살펴보려고 합니다
용액은 액성과 관계없이 전기적으로 중성이고
전기적으로 중성이면 전체 양이온의 전하량과
전체 음이온의 전하량이 같습니다
∑ (양이온 산화수) x (양이온 몰수)
= ∑ (음이온 산화수) x (음이온 몰수)
이를 이용하여 이온의 몰수비 등으로
어떤 이온이 존재하는지 유추해볼 수 있습니다
어려운 내용은 아니니 바로 문제로 가볼까요
21학년도 6평 화1 20번 문항입니다
(가) 용액의 모든 이온 몰농도 비 2:1:3 이고
(가) 용액의 부피는 (x+20)으로 일정하므로
MV=n에 의해 (가) 용액의 이온수 비도 2:1:3 입니다
(다)에도 동일하게 적용하면 (다) 용액의 이온수 비도
2:1:3 임을 알 수 있습니다
H2A와 NaOH을 혼합하여 이온의 종류가 3가지이므로
각각 산성 또는 염기성이 가능하고
산성이면 A2-, Na+, H+이 존재하는데
A2-을 2에, Na+, H+을 각각 1과 3에 매칭시키면
전하량 보존을 만족할 수 있습니다
(케이스는 두 가지가 나오죠 2:1:3, 2:3:1)
염기성이면 Na+, A2-, OH-이 존재하는데
양이온을 큰 숫자인 3에 매칭시켜도 나머지 음이온이
2:1 비율로 전하량 보존을 만족할 수 없습니다
따라서 (가), (나), (다)는 모두 산성이고
H2A는 xml로 일정, NaOH은 20ml 30ml 60ml이므로
A2- 몰수를 일정하게 모두 2에 맞추면 NaOH 부피에 따라
Na+ 몰수는 1 : 1.5 : 3 이 성립해야 하므로
(가), (나), (다)의 몰수비는 다음과 같겠습니다
(가) 2 : 1 : 3 = A2- : Na+ : H+
(나) 2 : 1.5 : 2.5 = A2- : Na+ : H+
(다) 2 : 3 : 1 = A2- : Na+ : H+
아니면
(나)의 pH가 1이므로 산성이고 (가)에서 염기의 양이
줄었으므로 (가)도 산성입니다
전하량 보존을 적용해보면 (가)의 2:1:3 몰수비는
(A2-:H+:Na+) 또는 (A2-:Na+:H+)이 가능한데
(가)의 A2- : Na+ : H+ = 2 : 3 : 1 인 경우
(나)에서 NaOH 1.5배가 되면 액성이 염기성이 되므로
(가)의 A2- : H+ : Na+ = 2 : 3 : 1 이고
H2A와 NaOH 부피 비를 이용하면
(나)는 A2- : H+ : Na+ = 2 : 2.5 : 1.5
(다)는 A2- : H+ : Na+ = 2 : 1 : 3 임을
알 수 있습니다
두 가지 케이스 모두 결론은 같고
㉠ = A2-라는 것을 알 수 있습니다
A2-의 몰수는 0,2M x xml = 0.2x mmol인데
(나)에서 이온 몰수비가 A2- : H+ = 2 : 2.5이므로
0.2x를 넣어서 바꾸면 A2- : H+ = 0.2x : 0.25x입니다
(나)의 pH=1 이므로 ,
∴ x=20ml
0.2M H2A 20ml에 yM NaOH 60ml를 혼합하여도
A2-몰수는 일정하므로 몰농도와 부피는 반비례,
부피가 4배이므로 농도는 1/4배
∴
또는 A2- 몰수가 0.2M x 20ml = 4mmol이므로
로 구해도 되겠습니다
두 번째로 작년 수능 화1 19번 문항입니다
비커Ⅰ의 이온 3종류가 몰농도 비 1:1:1로 존재하므로
몰수비도 1:1:1이고 산성이면 A2- : Na+ : H+,
염기성이면 Na+ : A2- : OH-인데 염기성일 때는
1:1:1 몰수비로 전하량 보존을 만족시킬 수 없으므로
비커Ⅰ은 산성이라는 추론이 가능합니다
비커Ⅰ,Ⅱ에서 H2A와 HB의 농도와 부피가 같은데
HB는 1가 산이므로 비커Ⅱ의 H+은 비커Ⅰ의 절반이고
∴ 비커Ⅱ는 중성, 이온수 비 Na+ : B- = 1 : 1
(비커Ⅰ에서 A2-:Na+:H+ = 1:1:1이므로 중화반응 전의
H+은 2 OH-은 1의 상댓값을 갖고 비커Ⅱ에서는
H+ 절반, OH- 일정 이므로 중성이 됩니다)
비커Ⅱ는 중성이라 Na+과 B-밖에 없으므로
비커Ⅰ,Ⅱ에서 중복되는 W=Na+이고, X=B-입니다
A2-는 비커Ⅰ에만 존재할 수 있으므로 Y=A2-이고
Z=H+ 임을 알 수 있습니다
여유가 없으면 엄밀하진 않지만 전체적인 그림을 보고
중복되는 W가 Na+일 확률이 높고 Ⅰ에만 있는 Y가 A2-
Ⅱ,Ⅲ에 공통으로 있는 X가 B-, Z는 H+/OH-라고 두고
시작해볼 수도 있는데 되도록 최소한의 근거는 가지고
접근하시는걸 추천드립니다
비커Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ에서 Na+ 몰수는 일정한데 비커Ⅲ에서
Na+ 몰농도가 (1/2)배로 감소하므로 부피는 2배이고
비커Ⅲ의 부피가 50ml이므로 Ⅰ,Ⅱ의 부피는 25ml,
∴ V=5ml
물론 부피는 보통 5ml가 국ㄹ...
비커Ⅱ는 중성이므로
yM HB 5ml = xM NaOH 20ml, 5y=20x
비커Ⅱ, Ⅲ에서 X(=B-) 몰농도를 비교하면
몰수비는 Ⅱ, Ⅲ = 1 : 6, 부피비는 1 : 2이므로
몰농도비는 1 : 3이고 ∴ b=6a
비커Ⅲ에서 이므로
5y=20x와 연립하면 x=0.1, y=0.4 입니다
문제가 전하량 보존으로만 풀리는 것은 아니지만
사용하면 편리한 경우도 있고 근거가 되어주는 경우도
있으므로 활용을 잘 연습해보시면 좋겠습니다
이번 글도 읽어주셔서 감사드리고 9평 화이팅입니다~!!
저는 9월 4일 평가원 분석강의로 찾아뵙겠습니다
감사합니다 ^^
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와 선생님 ㅠㅠ기다리고 있었어요 전하량보존으로 이온수잡는건 생각못했는데 시간단축에 엄청 도움될거같아요 감사합니다 !! 9평전까지 체화해서가야겠어요 ㅎㅎ 긴글 쓰시느라 너무 수고 많으셨습니다 !!
코멘트 길게 달아줘서 고마워요 ㅎㅎ 9평 힘내서 잘 볼 수 있길 바랍니다~!