3. 중화 반응의 공리(심화)
위의 그래프의 해석을 토대로, 중화 반응 문제를 풀이하기 위한 일련의 공리를 만들어낼 수 있다. 중화 반응의 공리는 심화 문제 풀이의 관점에서 매우 중요하므로, 반드시 무의식적인 일반화가 가능해질 때까지 부지런히 학습해야 한다.
먼저 가장 간단한 1가산(HA)과 1가염기(BOH) 사이의 중화반응부터 고려하겠다.
3-1. 1가산(HA) + 1가염기(BOH)의 중화반응
기본 공리는 다음과 같다.
① 산과 염기에서 각각 H+ 와 OH-가 1개씩 나오므로, 용액의 몰수와 알짜 이온의 몰수는 같다3).
② 산과 염기는 1 : 1로 반응한다. 즉, 반응이 완결되기까지 두 이온 중 오직 하나의 이온만 존 재한다.
③ 용액의 총 이온 수는 반응이 완결될 때 까지 일정하다. 이 때, 용액의 총 이온 수는 첨가 전 과량의 용액의 총 이온 수와 동일하다.
④ 중화반응의 생성물로 물이 생성되며, 이는 알짜 이온의 수와 같다. 즉, 생성된 물과 중화열의 양은 한계 반응물에 비례한다.
⑤ 반응이 완결된 이후에는 이온의 양이 증가한다. 이 때 증가하는 이온의 양은 첨가한 산 또 는 염기의 양에 비례한다.
③과 ④에 대한 예시를 들어보겠다. 천천히 이해해 보도록 하자. 반응의 이해를 돕기 위하여, 통상의 반응식이 아니라 표로 정리하도록 하겠다.
HA 10 mol에 BOH를 첨가하는 반응을 고려해 보자. 먼저 2 mol의 BOH를 첨가했을 때의 표이다.
다음 표를 보고 질문에 답해 보자.
Q1. 반응 전 총 이온의 mol 수는 얼마인가?4)
Q2. 생성된 물 분자 수는 얼마인가?5)
Q3. 반응을 완결시킨 물질(한계 반응물)은 무엇인가?6)
Q4. 반응 후 총 이온의 mol 수는 얼마인가?7)
좀 느낌이 오는가? 반응 전 총 이온의 몰수와 반응 후 총 이온의 몰수가 서로 같다. 또한 반응을 완결시킨 한계 반응물과 생성된 물 분자수 또한 서로 같음을 알 수 있다. 이러한 연습에 익숙해지는 것이 중화 반응을 정복하는 첫 걸음이 될 것이다.
몇 개의 문제풀이를 더 해보자. 질문의 의도를 천천히 생각해보며 생각하는 힘을 길러보길 바란다.
① HA 10 mol에 BOH 4 mol을 첨가하였다.
Q5. 다음 표를 완성해 보자.
Q6. 반응 후 액성은 어떠한가?8)
Q7. 반응 후 양이온의 개수는?9)
Q8. 반응 후 음이온의 개수는?10)
Q9. 반응 후 전체 이온의 개수는?11)
Q10. 반응 후 생성된 물의 개수는?12)
② 양을 알 수 없는 HA에 BOH 4 mol을 첨가하였다. 반응 후 전체 이온의 수는 10 mol이다.
Q11. 다음 표를 완성해 보자.
Q12. 반응 후 액성은 어떠한가?13)
Q13. 반응 후 양이온의 개수는?14)
Q14. 반응 후 음이온의 개수는?15)
Q15. 반응 전 HA의 양은?16)
Q16. 반응 후 생성된 물의 개수는?17)
③ 양을 알 수 없는 HA에 BOH 2 mol을 첨가하였다. 반응 후 음이온의 수는 6 mol이다.
Q17. 다음 표를 완성해 보자.
Q18. 반응 후 액성은 어떠한가?18)
Q19. 반응 후 양이온의 개수는?19)
Q20. 반응 전 존재한 HA의 수는?20)
Q21. 반응 후 전체 이온의 개수는?21)
Q22. 반응 후 생성된 물의 개수는?22)
④ 양을 알 수 없는 HA에 BOH 10 mol을 첨가하였다. 반응 후 생성된 물의 양은 4 mol이다.
Q23. 다음 표를 완성해 보자.
Q24. 반응 후 액성은 어떠한가?23)
Q25. 반응 후 양이온의 개수는?24)
Q26. 반응 후 음이온의 개수는?25)
Q27. 반응 후 전체 이온의 개수는?26)
Q28. 반응 전 첨가한 HA의 개수는?27)
---
3) 후술하겠지만 당연히 2가 이상에서는 적용되지 않는다.
4) 20 mol
5) 2 mol
6) HA
7) 20 mol
8) 산성
9) 10 mol
10) 10 mol
11) 20 mol
12) 4 mol
13) 산성
14) 5 mol
15) 5 mol
16) 5 mol
17) 4 mol
18) 산성
19) 6 mol
20) 6 mol
21) 12 mol
22) 2 mol
23) 염기성
24) 10 mol
25) 10 mol
26) 20 mol
27) 4 mol
Edited 23.11.08
Edited by 푸른삿포로
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