수용액 반응
지구 표면의 70%를 덮은 바다, 몸속의 혈액, 실험실 시약병 대부분은 물에 무언가가 녹은 수용액이다. 물속에서 일어나는 반응은 뜻밖에도 세 종류로 거의 다 분류된다 — 고체가 생기는 침전, 양성자가 옮겨 가는 산·염기, 전자가 옮겨 가는 산화–환원. 이 장에서는 녹은 물질이 이온으로 존재하는지부터 확인하고, 몰농도로 양을 세어, 세 반응을 예측하고 적정으로 측정하는 법을 익힌다. 먼저 아래에서 소금 결정이 물에 녹는 장면을 분자 수준에서 보자.
- 강전해질·약전해질·비전해질을 구별하고 해리와 이온화의 차이를 설명한다.
- 몰농도를 정의하고, 용액 제조·희석·이온 농도를 계산한다.
- 용해도 규칙으로 침전을 예측하고 분자·완전 이온·알짜 이온 반응식을 쓴다.
- 아레니우스 산·염기와 중화 반응, 기체 발생 반응을 알짜 이온 반응식으로 나타낸다.
- 산화수를 매기고, 활동도 계열로 금속의 치환 반응을 예측한다.
- 산염기·산화환원 적정 자료로 미지 시료의 농도를 구한다.
용액과 전해질
용액(solution)은 두 가지 이상의 물질이 분자 수준에서 고르게 섞인 균일 혼합물이다. 양이 가장 많은 성분을 용매(solvent), 녹아 있는 나머지를 용질(solute)이라 한다. 용매가 물이면 수용액(aqueous solution)이고, 화학식 뒤에 (aq)를 붙인다.
순수한 물은 전기를 거의 통하지 않는다. 그런데 소금을 녹이면 전구에 불이 켜지고, 설탕을 녹이면 켜지지 않는다. 전류를 나르는 것은 용액 속을 움직이는 이온이다. 물에 녹아 이온을 내는 물질을 전해질(electrolyte), 분자 그대로 녹아 이온을 내지 않는 물질을 비전해질(nonelectrolyte)이라 한다.
강전해질
거의 100% 이온으로 존재. 가용성 이온 화합물(NaCl, KNO₃, CaCl₂), 강산(HCl, HNO₃, H₂SO₄), 강염기(NaOH, Ba(OH)₂).
약전해질
일부만(보통 몇 % 이하) 이온화하고 나머지는 분자로 남는다. 약산(CH₃COOH, HF), 약염기(NH₃). 반응식에 \(\ce{<=>}\)를 쓴다.
비전해질
분자로만 녹는다. 설탕 C₁₂H₂₂O₁₁, 에탄올 C₂H₅OH, 요소 같은 대부분의 분자 화합물(산·염기 제외).
이온 화합물이 녹을 때는 이미 결정 속에 있던 이온이 물 분자에 둘러싸이며 떨어져 나간다. 이것이 해리(dissociation)다. 물 분자의 부분 음전하(O 쪽)는 양이온을, 부분 양전하(H 쪽)는 음이온을 향해 이온을 감싸는데, 이를 수화(hydration)라 한다. 반면 HCl이나 CH₃COOH 같은 분자 화합물은 원래 이온이 없다. 물과 반응해 새로 이온이 생기는 과정을 이온화(ionization)라 한다.
같은 0.10 M 농도의 NaCl, CH₃COOH(아세트산), 설탕 용액에 전극을 꽂았다. 전구는 어떻게 켜질까?
전도도 측정기: 용질과 농도에 따른 전구 밝기
몰농도와 희석, 용액 화학량론
용액 속 용질의 양을 세는 가장 흔한 단위는 용액 1 L에 녹아 있는 용질의 몰수, 몰농도(molarity)다.
정확한 농도의 용액을 만들려면 용질을 정확히 달아 부피 플라스크(volumetric flask)에 넣고, 일부 물로 녹인 뒤 눈금선까지 물을 채운다. 1 L의 물에 녹이면 부피가 1 L에서 조금 벗어나므로 안 된다.
강전해질은 녹으면서 이온으로 갈라지므로 이온의 농도는 화학식의 아래 첨자를 곱해야 한다. 0.10 M CaCl₂ 용액에서 \([\ce{Ca^2+}] = 0.10\) M, \([\ce{Cl-}] = 0.20\) M이다. 대괄호 \([\;]\)는 몰농도를 뜻한다.
희석
진한 원액(stock solution)에 용매를 더해 묽혀도 용질의 몰수는 변하지 않는다. 따라서
2.0 원액을 25 덜어 물을 부어 250로 만들면 묽힌 용액의 농도는 이다. 용질의 몰수 은 그대로이고, 부피가 배가 되었으므로 농도는 그만큼 낮아졌다.
황산 구리(II) 오수화물 CuSO₄·5H₂O(몰 질량 249.68 g/mol)로 0.150 M CuSO₄ 용액 250.0 mL를 만들려면 몇 g을 달아야 하는가?
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시판 진한 질산은 15.8 M이다. 0.250 M HNO₃ 500. mL를 만들려면 진한 질산 몇 mL가 필요한가?
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0.200 M CaCl₂ 25.0 mL와 0.100 M NaCl 50.0 mL를 섞었다. 혼합 용액의 \([\ce{Cl-}]\)는? (부피는 더해진다고 본다.)
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용액이 반응에 쓰이면 3장의 화학량론 사슬에서 "질량 ÷ 몰 질량" 대신 "부피 × 몰농도"가 몰수로 가는 다리가 된다. 다음 절의 침전 반응과 마지막 절의 적정이 모두 이 계산이다.
침전 반응과 알짜 이온 반응식
질산 납(II) 용액과 아이오딘화 포타슘 용액은 둘 다 무색투명하지만, 섞는 순간 샛노란 고체가 생긴다. 이처럼 용액끼리 반응해 녹지 않는 고체, 곧 침전(precipitate)이 생기는 반응을 침전 반응이라 한다. 침전은 양이온과 음이온이 짝을 바꾸어(복분해, metathesis) 녹지 않는 조합을 만들 때 생긴다.
용해도 규칙
어떤 이온 화합물이 물에 녹는지는 다음 경험 규칙으로 예측한다(25 °C, 약 0.01 M 이상 녹으면 "녹는다"로 본다).
| 이 이온을 포함한 화합물은 | 대체로 | 중요한 예외 |
|---|---|---|
| Li⁺, Na⁺, K⁺ 등 1족 이온, NH₄⁺ | 녹는다 | 없음 |
| NO₃⁻, CH₃COO⁻ | 녹는다 | 없음 |
| Cl⁻, Br⁻, I⁻ | 녹는다 | Ag⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺의 화합물 |
| SO₄²⁻ | 녹는다 | Sr²⁺, Ba²⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺의 화합물 |
| S²⁻ | 녹지 않는다 | NH₄⁺, 1족, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ |
| CO₃²⁻, PO₄³⁻ | 녹지 않는다 | NH₄⁺, 1족 |
| OH⁻ | 녹지 않는다 | NH₄⁺, 1족, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ |
세 가지 반응식
AgNO₃ 용액과 NaCl 용액을 섞으면 흰 AgCl이 침전한다. 같은 반응을 세 수준으로 쓸 수 있다.
양쪽에 똑같이 나타나는 Na⁺와 NO₃⁻는 반응에 참여하지 않는다. 이런 이온을 구경꾼 이온(spectator ion)이라 하고, 이를 지운 식이 알짜 이온 반응식(net ionic equation)이다. 알짜 이온 반응식은 "어떤 은 화합물 용액이든, 어떤 염화물 용액이든 섞으면 AgCl이 생긴다"는 일반적인 사실을 말해 준다. 알짜 이온 반응식도 원자 수와 전하가 양변에서 같아야 한다.
- 분자 반응식: 질산 납(II) + 아이오딘화 포타슘 → 노란 PbI₂ 침전 + 질산 포타슘.
- 완전 이온 반응식: 강전해질(aq)은 모두 이온으로 쪼갠다. 계수는 이온 앞으로 옮겨 간다. 고체 PbI₂는 그대로 둔다.
- 양쪽에 똑같이 나타나는 K⁺와 NO₃⁻를 지운다 — 구경꾼 이온이다.
- 남은 것이 알짜 이온 반응식. 원자 수와 전하(0 = 0)가 모두 맞는지 확인한다.
침전 반응 혼합기
0.200 M BaCl₂ 25.0 mL와 0.100 M Na₂SO₄ 40.0 mL를 섞었다. (a) 알짜 이온 반응식을 쓰고, (b) 생기는 침전의 질량과 (c) 반응 후 남는 Ba²⁺의 농도를 구하라. \(M(\ce{BaSO4}) = 233.38\) g/mol.
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(b) \(n(\ce{Ba^2+}) = 0.200\times0.0250 = 5.00\) mmol, \(n(\ce{SO4^2-}) = 0.100\times0.0400 = 4.00\) mmol → SO₄²⁻가 한계. \(m = 4.00\times10^{-3}\times233.38 = 0.934\) g.
(c) 남은 Ba²⁺ 1.00 mmol ÷ 65.0 mL = 0.0154 M.
산·염기와 중화 반응
신맛이 나고 리트머스를 붉게 바꾸는 물질을 산, 쓴맛이 나고 미끈거리며 리트머스를 푸르게 바꾸는 물질을 염기라 불렀다. 아레니우스(1884)는 이를 이온으로 정의했다.
산(acid)은 물에 녹아 H⁺ 이온의 농도를 높이는 물질, 염기(base)는 OH⁻ 이온의 농도를 높이는 물질이다.
H⁺는 맨 양성자이므로 물속에서 혼자 있지 않고 물 분자에 붙어 하이드로늄 이온 H₃O⁺로 존재한다. \(\ce{H+(aq)}\)와 \(\ce{H3O+(aq)}\)는 같은 것을 가리키는 두 표기다. 산을 "양성자 주개", 염기를 "양성자 받개"로 넓힌 브뢴스테드–로우리 정의는 15장에서 다룬다. NH₃는 OH⁻를 가지고 있지 않지만 물에서 양성자를 받아 OH⁻를 만들기 때문에 염기다.
강산 (7가지를 외운다)
HCl, HBr, HI, HNO₃, HClO₃, HClO₄, H₂SO₄(첫 번째 H⁺). 그 밖의 산(HF, CH₃COOH, H₃PO₄, H₂CO₃ …)은 약산으로 본다.
강염기
1족 수산화물(LiOH, NaOH, KOH …)과 무거운 2족 수산화물 Ca(OH)₂, Sr(OH)₂, Ba(OH)₂. NH₃와 대부분의 아민은 약염기.
중화 반응
산과 염기가 반응해 물과 염(salt)을 만드는 반응을 중화 반응(neutralization)이라 한다. 강산과 강염기의 반응은 무엇이든 알짜 이온 반응식이 같다.
약산은 대부분 분자로 존재하므로 완전 이온 반응식에서도 분자로 쓴다. 예를 들어 아세트산과 수산화 소듐의 알짜 이온 반응식은 \(\ce{CH3COOH(aq) + OH-(aq) -> CH3COO-(aq) + H2O(l)}\)이다. 녹지 않는 염기도 마찬가지로 고체 그대로 쓴다: 위산을 중화하는 제산제 \(\ce{Mg(OH)2(s) + 2H+(aq) -> Mg^2+(aq) + 2H2O(l)}\).
기체 발생 반응
복분해의 생성물 가운데 물에 잘 녹지 않는 기체가 있으면 거품이 되어 빠져나간다. 산이 다음 음이온과 만나면 기체가 생긴다.
| 반응물 | 알짜 이온 반응식 | 생기는 기체 |
|---|---|---|
| 탄산염·탄산수소염 + 산 | \(\ce{CO3^2- + 2H+ -> H2O + CO2(g)}\), \(\ce{HCO3- + H+ -> H2O + CO2(g)}\) | CO₂ (H₂CO₃가 분해) |
| 황화물 + 산 | \(\ce{S^2- + 2H+ -> H2S(g)}\) | H₂S (썩은 달걀 냄새) |
| 아황산염 + 산 | \(\ce{SO3^2- + 2H+ -> H2O + SO2(g)}\) | SO₂ |
| 암모늄염 + 강염기 | \(\ce{NH4+ + OH- -> H2O + NH3(g)}\) | NH₃ |
이온 혼합 실험실: 칸막이를 들어 두 용액을 섞어라
탄산수소 소듐(NaHCO₃, 84.007 g/mol) 0.500 g을 과량의 염산에 넣었다. (a) 알짜 이온 반응식을 쓰고, (b) 25 °C, 1.00 atm에서 발생하는 CO₂의 부피를 구하라.
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(b) \(n = 0.500/84.007 = 5.95\times10^{-3}\) mol = \(n(\ce{CO2})\). $$V = \frac{(5.95\times10^{-3})(0.082057)(298.15)}{1.00} = 0.146\,\text{L}$$
탄산수소 소듐 0.50을 과량의 염산에 넣으면, 25, 1.00 atm에서 CO₂ , 곧 가 주사기에 모인다.
산화–환원 반응
철이 녹슬고, 연료가 타고, 전지가 전류를 내는 것은 모두 전자가 한 물질에서 다른 물질로 옮겨 가는 반응이다. 전자를 잃는 것을 산화(oxidation), 얻는 것을 환원(reduction)이라 한다. 전자는 사라지지 않으므로 산화와 환원은 언제나 함께 일어난다.
"산화는 전자를 잃고, 환원은 얻는다." 영어로는 OIL RIG(Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain). 자신은 환원되면서 상대를 산화시키는 물질이 산화제(oxidizing agent), 자신은 산화되면서 상대를 환원시키는 물질이 환원제(reducing agent)다.
산화수
공유 결합 화합물에서는 전자가 완전히 넘어가지 않는다. 그래서 "결합 전자를 모두 전기음성도가 큰 원자에게 준다고 가정했을 때의 가상 전하"를 산화수(oxidation number)로 정의해 전자의 이동을 장부처럼 기록한다. 산화되면 산화수가 증가하고, 환원되면 감소한다.
- 원소 상태의 원자는 0 (Na, O₂, P₄, S₈ …).
- 단원자 이온은 그 전하와 같다 (Fe³⁺ → +3, Cl⁻ → −1).
- 화합물 속 1족 금속은 +1, 2족 금속은 +2, 플루오린은 언제나 −1.
- 수소는 비금속과 결합하면 +1, 금속과 결합하면(NaH, CaH₂) −1.
- 산소는 보통 −2. 과산화물(H₂O₂, Na₂O₂)에서는 −1, OF₂에서는 +2.
- 중성 화합물의 산화수 합은 0, 다원자 이온은 그 이온의 전하와 같다. 나머지 원자는 이 규칙으로 계산한다.
다음 반응에서 각 원자의 산화수를 매기고, 산화된 원소와 환원된 원소, 산화제와 환원제를 찾아라. $$\ce{Cr2O7^2-(aq) + 6Fe^2+(aq) + 14H+(aq) -> 2Cr^3+(aq) + 6Fe^3+(aq) + 7H2O(l)}$$
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활동도 계열과 금속의 치환 반응
아연 조각을 황산 구리(II) 용액에 담그면 푸른 용액이 옅어지고 아연 표면에 붉은 구리가 입혀진다. 아연이 전자를 구리 이온에게 넘겨주는 치환 반응(displacement reaction)이다.
거꾸로 구리 조각을 Zn²⁺ 용액에 담그면 아무 일도 일어나지 않는다. 금속이 산화되기 쉬운 순서로 늘어놓은 목록을 활동도 계열(activity series)이라 한다. 위에 있는 금속은 아래에 있는 금속의 이온을 환원시킨다. 수소보다 위에 있는 금속은 산(H⁺)과 반응해 H₂를 내고, 맨 위의 알칼리 금속은 물과도 격렬히 반응한다.
구리 선을 질산 은(AgNO₃) 용액에 담가 두면 어떻게 될까?
활동도 계열: 금속 조각을 이온 용액에 담그기
다음 조합 중 반응이 일어나는 것을 고르고 알짜 이온 반응식을 써라. (a) Ni(s) + Pb(NO₃)₂(aq) (b) Ag(s) + HCl(aq) (c) Al(s) + CuSO₄(aq)
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(b) Ag는 H₂보다 아래 → 반응 없음.
(c) Al은 Cu보다 위. Al은 3개, Cu²⁺는 2개의 전자를 주고받으므로 최소공배수 6: \(\ce{2Al(s) + 3Cu^2+(aq) -> 2Al^3+(aq) + 3Cu(s)}\).
적정
농도를 모르는 용액의 농도를 알아내는 가장 정확한 방법 중 하나가 적정(titration)이다. 농도를 정확히 아는 표준 용액(standard solution)을 뷰렛에서 조금씩 떨어뜨려, 미지 시료와 정확히 화학량론적으로 반응한 순간 — 당량점(equivalence point) — 까지 들어간 부피를 잰다.
당량점은 눈에 보이지 않으므로 그 근처에서 색이 변하는 지시약(indicator)을 넣는다. 지시약의 색이 바뀌어 적정을 멈추는 지점을 종말점(end point)이라 하며, 좋은 적정에서는 종말점이 당량점과 한두 방울(0.05–0.1 mL) 이내로 일치한다. 산염기 적정에는 산성에서 무색이고 염기성(pH ≈ 8.2 이상)에서 분홍색인 페놀프탈레인이 흔히 쓰인다. 과망가니즈산 포타슘 KMnO₄는 진한 보라색이지만 환원되면 거의 무색인 Mn²⁺가 되므로, 한 방울의 과량이 남는 순간 용액이 연분홍빛이 되어 스스로 지시약 역할을 한다.
- HCl 시료: H⁺ 6개와 Cl⁻ 6개(확대 그림). 페놀프탈레인은 산성에서 무색이다.
- NaOH를 넣으면 OH⁻가 H⁺와 만나 곧바로 물이 된다. Na⁺와 Cl⁻는 구경꾼이다.
- 당량점: 넣은 OH⁻ 수 = 처음 H⁺ 수. 용액에는 NaCl과 물만 남는다. 아직 색은 없다.
- 한 방울만 더 넣어도 남는 OH⁻ 때문에 염기성이 되어 분홍색이 나타난다 — 종말점.
적정 뷰렛: 종말점을 찾아 미지 농도 구하기
NaOH는 공기 중의 CO₂와 수분을 흡수하므로 정확히 달아 표준 용액을 만들 수 없다. 대신 순수한 프탈산 수소 포타슘(KHP, KHC₈H₄O₄, 204.22 g/mol, 일양성자산) 0.5108 g을 물에 녹여 NaOH 용액으로 적정했더니 24.37 mL가 들었다. NaOH의 몰농도는?
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Fe²⁺를 포함한 산성 시료 25.00 mL를 0.02000 M KMnO₄로 적정했더니 연분홍색이 사라지지 않는 데 18.62 mL가 들었다. \([\ce{Fe^2+}]\)는? $$\ce{MnO4-(aq) + 5Fe^2+(aq) + 8H+(aq) -> Mn^2+(aq) + 5Fe^3+(aq) + 4H2O(l)}$$
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핵심 정리
- 강전해질(가용성 이온 화합물, 강산, 강염기)은 거의 완전히 이온으로, 약전해질(약산, 약염기)은 일부만, 비전해질은 분자로 녹는다. 이온 화합물은 해리, 분자성 산은 이온화한다.
- 몰농도 \(M = n/V_\text{용액}\). 희석해도 몰수는 같다: \(M_1V_1 = M_2V_2\). 이온 농도는 화학식의 아래 첨자를 곱한다.
- 용해도 규칙으로 침전을 예측한다. 완전 이온 반응식에서 강전해질만 이온으로 쓰고, 구경꾼 이온을 지우면 알짜 이온 반응식이 된다.
- 아레니우스 산은 H⁺, 염기는 OH⁻를 낸다. 강산–강염기 중화의 알짜 반응은 \(\ce{H+ + OH- -> H2O}\). 탄산염·황화물·아황산염 + 산, 암모늄염 + 염기는 기체를 낸다.
- 산화는 전자를 잃어 산화수가 증가, 환원은 전자를 얻어 감소한다. 활동도 계열에서 위의 금속이 아래 금속의 이온(과 H⁺)을 환원시킨다.
- 적정: \(M_\text{적정액}V_\text{적정액}\) → 계수비 → 시료 몰수 → 농도. 당량점은 계수비만큼 정확히 반응한 점이고, 지시약의 종말점으로 찾는다.
연습문제
답은 유효숫자 3자리 정도로 입력한다. ±1% 이내면 정답으로 처리한다(산화수는 정수 또는 소수로). 필요한 몰 질량은 문제에 주거나 부록 A의 원자량으로 계산한다. \(R = 0.082057\) L·atm/(mol·K).
NaCl(58.44 g/mol) 5.85 g을 녹여 250.0 mL 용액을 만들었다. 몰농도는?
\(n = 5.85/58.44 = 0.1001\) mol, \(M = 0.1001/0.2500 = 0.400\) M.
6.00 M HCl 25.0 mL를 물로 묽혀 500.0 mL로 만들었다. 묽힌 용액의 농도는?
\(M_2 = M_1V_1/V_2 = (6.00)(25.0)/500.0 = 0.300\) M.
다음 중 수용액에서 약전해질인 것은?
HF는 약산이라 일부만 이온화한다. KBr은 가용성 이온 화합물, HNO₃는 강산(둘 다 강전해질), 메탄올은 비전해질이다.
0.250 M Fe(NO₃)₃ 용액에서 질산 이온의 농도와 모든 이온의 총 농도는?
\([\ce{NO3-}] = 3\times0.250 = 0.750\) M, \([\ce{Fe^3+}] = 0.250\) M, 합계 1.00 M.
0.0200 M K₂Cr₂O₇(294.18 g/mol) 용액 500.0 mL를 만들려면 K₂Cr₂O₇ 몇 g이 필요한가?
\(n = 0.0200\times0.5000 = 0.0100\) mol, \(m = 0.0100\times294.18 = 2.94\) g.
다음 두 용액을 섞을 때 침전이 생기는 것은?
짝을 바꾸면 BaSO₄가 생기는데, Ba²⁺는 황산염 규칙의 예외라 녹지 않는다. 알짜 반응: \(\ce{Ba^2+ + SO4^2- -> BaSO4(s)}\). 나머지 조합의 생성물은 모두 녹는다.
0.150 M AgNO₃ 30.0 mL와 0.200 M NaCl 20.0 mL를 섞었다. 생기는 AgCl(143.32 g/mol)의 질량과, 반응 후 남는 Ag⁺의 농도를 구하라.
Cl⁻가 한계 → AgCl 4.00 mmol × 143.32 = 0.573 g. 남은 Ag⁺ 0.50 mmol ÷ 50.0 mL = 0.0100 M.
0.100 M H₂SO₄ 30.0 mL를 완전히 중화하려면 0.125 M NaOH가 몇 mL 필요한가?
\(n(\ce{H2SO4}) = 3.00\) mmol → \(n(\ce{NaOH}) = 6.00\) mmol → \(V = 6.00/0.125 = 48.0\) mL.
다음 밑줄 원소의 산화수를 구하라: Na₂S₂O₃의 S, ClO₃⁻의 Cl, CH₃OH의 C.
Na₂S₂O₃: \(2(+1) + 2x + 3(-2) = 0\) → \(x = +2\). ClO₃⁻: \(x + 3(-2) = -1\) → \(+5\). CH₃OH: \(x + 4(+1) + (-2) = 0\) → \(-2\).
대리석(CaCO₃, 100.09 g/mol)을 과량의 염산과 반응시켜 25 °C, 1.00 atm에서 CO₂ 0.500 L를 얻으려면 CaCO₃ 몇 g이 필요한가?
\(n(\ce{CO2}) = PV/RT = 0.500/(0.082057\times298.15) = 0.02044\) mol = \(n(\ce{CaCO3})\) → \(0.02044\times100.09 = 2.05\) g.
다음 금속 중 묽은 염산에 넣었을 때 수소 기체를 발생시키는 것은?
활동도 계열에서 H₂보다 위에 있는 금속만 H⁺를 환원시킨다: \(\ce{Zn + 2H+ -> Zn^2+ + H2}\). Cu, Ag, Au는 H₂보다 아래다.
식초 10.00 mL를 0.1050 M NaOH로 적정했더니 당량점까지 16.45 mL가 들었다. (a) 아세트산(60.05 g/mol)의 몰농도와 (b) 식초의 밀도를 1.005 g/mL로 할 때 아세트산의 질량 퍼센트를 구하라. (묽힌 식초라고 하자.)
(a) \(n = 0.1050\times0.01645 = 1.727\times10^{-3}\) mol, \(M = 1.727\times10^{-3}/0.01000 = 0.1727\) M.
(b) 1 L 속 \(0.1727\times60.05 = 10.37\) g, \(10.37/1005\times100 = 1.03\%\).
KMnO₄ 용액을 표준화하기 위해 옥살산 소듐(Na₂C₂O₄, 134.00 g/mol) 0.2105 g을 산성 용액에서 적정했더니 24.88 mL가 들었다. KMnO₄의 몰농도는? $$\ce{2MnO4- + 5C2O4^2- + 16H+ -> 2Mn^2+ + 10CO2 + 8H2O}$$
\(n(\ce{C2O4^2-}) = 0.2105/134.00 = 1.571\times10^{-3}\) mol → \(n(\ce{MnO4-}) = \tfrac25\times1.571\times10^{-3} = 6.284\times10^{-4}\) mol → \(M = 6.284\times10^{-4}/0.02488 = 0.02526\) M.
염화물이 섞인 시료 0.4500 g을 녹이고 과량의 AgNO₃를 넣었더니 AgCl(143.32 g/mol) 침전 0.8127 g을 얻었다. 시료 속 염소의 질량 퍼센트는? (Cl 35.45 g/mol)
\(m(\ce{Cl}) = 0.8127\times35.45/143.32 = 0.2010\) g → \(0.2010/0.4500\times100 = 44.7\%\).
2.00 M NaOH 원액으로 0.250 M NaOH 500. mL를 만들려면 원액 몇 mL가 필요한가?
\(V_1 = M_2V_2/M_1 = (0.250)(500.)/2.00 = 62.5\) mL. 원액을 덜어 부피 플라스크에 넣고 눈금선까지 물을 채운다.
0.100 M HCl 40.0 mL와 0.150 M NaOH 30.0 mL를 섞었다. 반응 후 남는 OH⁻의 농도는?
\(\ce{H+ + OH- -> H2O}\). H⁺ 0.100 × 40.0 = 4.00 mmol, OH⁻ 0.150 × 30.0 = 4.50 mmol → OH⁻가 0.50 mmol 남는다. 전체 부피 70.0 mL로 나누면 \([\ce{OH-}] = 0.50/70.0 = 7.14\times10^{-3}\) M. 용액은 염기성이다.
0.200 M Pb(NO₃)₂ 25.0 mL와 0.150 M KI 40.0 mL를 섞었다. 생기는 PbI₂(461.0 g/mol) 침전의 질량은?
\(\ce{Pb^2+ + 2I- -> PbI2(s)}\). I⁻ 6.00 mmol은 Pb²⁺ 3.00 mmol과만 반응한다(I⁻가 한계). PbI₂ 3.00 mmol × 461.0 = 1.38 g. Pb²⁺ 2.00 mmol이 남는다.
개념 확인 퀴즈
같은 0.10 M 농도에서 전기 전도도가 가장 작은 것은?
\(\ce{Pb(NO3)2(aq) + 2KI(aq) -> PbI2(s) + 2KNO3(aq)}\)의 구경꾼 이온은?
\(\ce{Fe(s) + Cu^2+(aq) -> Fe^2+(aq) + Cu(s)}\)에서 산화제는?
같은 농도·같은 부피의 HCl 시료와 CH₃COOH 시료를 같은 NaOH 용액으로 적정할 때, 당량점까지 필요한 NaOH의 부피는?
H₂O₂에서 산소의 산화수는?