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holychemistry [1038387] · MS 2021 (수정됨) · 쪽지

2021-08-30 16:34:57
조회수 13,061

[화1] 중화반응 팁(2/2)

게시글 주소: https://mclass.orbi.kr/00039294610

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

그림입니다.<br /> <br /> 원본 그림의 이름: 210620.png<br /> <br /> 원본 그림의 크기: 가로 632pixel, 세로 660pixel


(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

그림입니다.<br /> <br /> 원본 그림의 이름: 211219.png<br /> <br /> 원본 그림의 크기: 가로 470pixel, 세로 722pixel


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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holychemistry [1038387]

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