대광고등학교 - (2학년 화학Ⅰ) 기말고사 유인물 (빈칸 포함)

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산 염기 중화 반응

• 산 염기 중화 반응을 이해하고, 산 염기 중화 반응에서의 양적 관계를 설명할 수 있다. 1 중화 반응 Ÿ 중화 반응 : 산 수용액과 염기 수용액을 섞으면 HOH이 반응하여 물(H O)을 생성 하고, 산의 음이온과 염기의 양이온이 반응하여 염을 생성하는 반응

HA(산) + BOH(염) → H

2

O(물) + AB(염) +열 발생

<수용액의 중화 반응 모형> HCl(aq)과 NaOH 수용액을 혼합하면 ➜ HOH이 반응하여 H O을 생성 ➜ Na과 Cl은 반응에 참여하지 않고 수용액에 그대로 남는다.(구경꾼 이온) 따라서 중화 반응은 산성을 나타내는 H과 염기성을 나타내는 OH이 반응하여 중성인 H O이 생성되는 반응이라고 할 수 있다. Ÿ 중화 반응의 알짜 이온 반응식

H(aq) + OH(aq) → HO(l)

2 중화 반응의 양적 관계 산의 수소 이온(H)과 염기의 수산화 이온(OH)이 1 : 1의 몰비로 반응한다. Ÿ 몰농도 : 용액 1L 속에 녹아 있는 용질의 양 (mol) (단위: mol/L, M) Ÿ 용액 속 용질의 양 구하기 용질의 양(mol) = 용액의 몰 농도(mol/L) × 용액의 부피(L) 염 수용성 염 ➜물에 녹는 염 불용성 염 ➜물에 잘 녹지 않는 염(앙금) 1몰 :  원자나 분자 6.02 X 10²³개 원자의 질량이 원자량 이 되기위한 원자의 개수

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Ÿ 여러가지 산과 염기 산 1가 산: HCl, CHCOOH 2가 산: HSO, HCO 3가 산: HPO 염 기 1가 염기: NaOH, KOH 2가 염기: CaOH, BaOH 3가 염기: AlOH Ÿ 가수 : 산이나 염기 1몰이 내놓을 수 있는 H이나 OH의 양 (mol)

염산의 이온화

수산화 나트륨의 이온화

HCl → H⁺ + Cl⁻

NaOH → Na⁺ + OH⁻

황산의 이온화

수산화 칼슘의 이온화

HSO

→ H⁺ +

SO  CaOH

→ Ca²⁺ + 2OH⁻

Ÿ 1가 산과 1가 염기의 반응 ➜ H의 몰수= 산의 몰수, OH의 몰수= 염기의 몰수

Q

. 0.1 M 염산(HCl(aq)) 200 mL를 완전히 중화하려면 0.2 M 수산화 나트륨(NaOH) 수용액이 얼마나 필요할까? ➜ 0.1 M HCl(aq) 200 mL에 들어 있는 H의 양(mol) : 0.02몰 ➜ 완전히 중화시키기 위해 필요한 OH의 양(mol) : 0.02몰 ➜ 완전히 중화시키기 위해 필요한 0.2 M NaOH의 양(mL) : 100 mL 01

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Ÿ 2가 산(혹은 염기)가 관여하는 반응 ➜ H의 몰수=산의 몰수 2배, OH의 몰수=염기의 몰수 2배 Q. 황산(HSO)은 중화 반응할 때 HSO 1몰이 2몰의 H을 내놓을 수 있다. 0.1 M의 HSO 100 mL를 완전히 중화하려면 0.1 M NaOH 수용액이 얼마나 필요할까? ➜ 0.1 M HSO(aq) 100 mL에 들어 있는 H의 양(mol) : 0.02몰 ➜ 완전히 중화시키기 위해 필요한 OH의 양(mol) : 0.02몰 ➜ 완전히 중화시키기 위해 필요한 0.1 M NaOH의 양(mL) : 200 mL Ÿ 3가 산(혹은 염기)가 관여하는 반응 ➜ H의 몰수=산의 몰수 3배, OH의 몰수=염기의 몰수 3배 Q. 황산(HPO)은 중화 반응할 때 HPO 1몰이 3몰의 H을 내놓을 수 있다. 0.1 M의 HPO 100 mL를 완전히 중화하려면 0.1 M NaOH 수용액이 얼마나 필요할까? ➜ 0.1 M HSO(aq) 100 mL에 들어 있는 H의 양(mol) : 0.03몰 ➜ 완전히 중화시키기 위해 필요한 OH의 양(mol) : 0.03몰 ➜ 완전히 중화시키기 위해 필요한 0.1 M NaOH의 양(mL) : 300 mL Ÿ 가수를 고려한 중화 반응에서의 양적 관계 01 중화반응이 완결될 때 (중화점에서) 산이 내놓은 H의 양 =염기가 내놓은 의 양

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0.2 M 염산(HCl(aq)) 20 mL를 완전히 중화하는 데 필요한 0.05 M 수산화 바륨 (BaOH) 수용액의 부피(mL)를 구해 보자.

1단계 HCl 1몰은 H 1 몰을 내놓을 수 있고 BaOH 1몰은 OH 2 몰을 내놓을 수 있다.

2단계

 

(H⁺의 양(mol)) = (OH⁻의 양(mol))

1 x (HCl의 양(mol)) = 2 x (BaOH의 양(mol)) 1 × 0.2 M × 20 mL = 2 × 0.05 M ×  ∴  = 40 mL 답 40ml 01 0.1 M 염산 (HCl(aq)) 10 mL를 완전히 중화하는 데 필요한 0.2 M 수산화 나트륨 (NaOH) 수용액의 부피(mL)를 구해 보자. 02 농도를 모르는 염산 (HCl(aq)) 20 mL를 완전히 중화하는 데 0.2 M 수산화 나트륨 (NaOH) 수용액 10 mL가 사용되었다. 이 HCl(aq)의 몰 농도(M)를 구해 보자. 01

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3 중화 적정 Ÿ 중화 적정 : 중화 반응의 양적 관계를 이용하여 농도를 모르는 산이나 염기의 농도를 알아내는 방법 ➜ 중화 반응에서 산과 염기의 양적 관계를 이용하면 농도를 모르는 산이나 염기의 농도를 알아 낼 수 있다. 즉, 농도를 모르는 일정한 부피의 산에 몰 농도를 정확히 알고 있는 염기를 조금 씩 넣어 완전히 중화하는 데 필요한 염기의 부피를 측정하면 산의 농도를 알아낼 수 있다. p 중화 적정 방법 1 농도를 모르는 염산을 피펫을 이용하여 일정량을 정확하게 취한 후 페놀프탈레인 용액을 1방울~2방울 떨어뜨린다. Q. 페놀프탈레인의 역할? 색 변화를 통해 중화점에 도달하였는지를 알려준다. 2 0.1 M 수산화 나트륨 수용액을 뷰렛에 넣고, 1 에 천천히 떨어뜨린다. 이때 염 산이 들어 있는 삼각 플라스크를 천천히 흔든다. Q. 플라스크를 천천히 흔드는 이유? 일시적인 색변화를 없애기 위해, 색변화가 지속되어야만 중화점이라고 할 수 있다. 3 삼각 플라스크에 들어 있는 용액 전체가 붉은색으로 변하는 순간 뷰렛의 꼭지를 잠그고 적정에 사용된 수산화 나트륨 수용액의 부피를 구한다. 적정에 사용된 수산화 나트륨 수용액의 부피를 중화 반응의 양적 관계에 대입하면 염산의 농 도를 구할 수 있다. 만약 농도(x)를 모르는 염산의 부피가 20.0 mL이고, 적정에 사용된 0.1 M 수산화 나트륨 수용액의 부피가 10.0 mL이면 염산의 농도를 구하는 과정은 다음과 같다.   1×x×20.0 mL = 1×0.1 M×10.0 mL, x = 0.05 M 중화 적정으로 구한 염산의 농도는 0.05 M이다. 친절한 과정 ෆ ꈍ ◡ ꈍෆ ü 적정에 사용된 0.1 M 수산화 나트륨 수용액의 부피가 10.0 mL이면 ➜ 중화반응에 참여한 OH의 양 : 1×0.1 M×10.0 mL=1mmol=0.001mol ü 중화반응에 참여한 OH의 양 = 중화반응에 참여한 H의 양 ü 중화반응에 참여한 H의 양 = 수용액 속에 존재하고 있던 H의 양 ü 수용액 속에 존재하고 있던 H의 양 ➜ 1 × x × 20.0 mL ➜ 1 × x × 20.0 mL = 0.001mol ➜ x = 0.05 M ➜ x = 0.05 M 01 페놀프탈레인 용액을 사 용하면 산성과 중성에서 무색, 염기성에서 붉은색 을 띤다. “우와 정말 쉽다~!^^ 누구든 풀 수 있겠는걸?”

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Ÿ 중화점 : 산에 들어 있는 수소 이온(H)의 양과 가한 염기의 수산화 이온(OH)의 양이 같아져 산과 염기가 완전히 중화되는 지점 Ÿ 중화점의 확인 : 액성에 따라 색깔이 변하는 지시약을 사용 ➜중화 반응이 진행됨에 따라 용액의 액성이 달라지기 때문에 예를 들어 염산에 페놀프탈레인 용액을 떨어뜨리면 무색이지만, 이 용액에 수산화 나트륨 수용액 을 계속 가해 중화하면 중화점을 지나는 순간 붉은색을 띤다. 따라서 지시약을 사용하면 중화점을 쉽게 찾을 수 있다. ( 무색 ) ( 무색 ) ( 무색 ) ( 붉은색 ) 03 농도를 모르는 황산 (H SO) 20 mL를 중화 적정하는 데 0.1 M 수산화 나트륨 (NaOH) 수용액 20 mL가 사용되었다. 이 HSO의 몰 농도(M)를 구해 보자. 중화 적정에서 지시약으로 사용하는 물질은 어떤 성질이 있어야 하는지 조사해 보자. 01

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식초의 아세트산 함량 구하기

목표 | 중화 적정으로 식초에 들어 있는 아세트산의 함량을 구하는 실험을 계획하고 수행 하여 아세트산의 함량을 구할 수 있다. / 실험 설계 01 | 문제 인식 | 중화 적정으로 식초의 아세트산 함량을 구하려면 어떻게 실험해야 할까? | 탐구 설계와 수행 | 1. 모둠을 구성하고, 0.1 M 수산화 나트륨 수용액과 페놀프탈레인 용액을 사용하여 식초에 들어 있는 아세트산의 함량을 구하는 실험을 계획한다. 주의 식초는   로 묽혀 사용한다. 아세트산 함량을 퍼센트 농도로 나타낼 때에는 ➊ 식초의 밀도를 1 g/mL로 가정한다. ➋ 사용한 식초의 부피와 밀도를 이용하여 식초의 질량을 구한다. ➌ 중화 적정으로 구한 아세트산의 양(mol)에 아세트산의 몰 질량을 곱해 아세트산의 질량을 구한다. 우리 모둠의 실험 계획 ● 실험 과정 ① 피펫으로 식초 10 mL를 취하여 눈금실린더에 넣고, 증류수를 가해 용액의 전체 부피가 100 mL가 되도록 하여 식초 를 1/10로 묽힌다. ② 과정 ①의 용액 20 mL를 피펫으로 취한 후 삼각 플라스크에 넣고, 페놀프탈레인 용액을 1~2방울 떨어뜨린다. ③ 0.1 M 수산화 나트륨 표준 용액을 뷰렛에 넣고 스탠드에 고정시킨 후 뷰렛의 눈금을 읽어 표에 기록한다. ④ 스탠드 위에 흰 종이를 깔고 식초가 들어 있는 과정 ②의 삼각 플라스크를 올려놓는다. ⑤ 뷰렛의 꼭지를 열어 수산화 나트륨 수용액을 삼각 플라스크에 천천히 떨어뜨린다. 이때 삼각 플라스크를 흔들어 준다. ⑥ 삼각 플라스크의 용액 전체가 붉은색으로 변하는 순간 뷰렛의 꼭지를 잠그고, 뷰렛의 눈금을 읽어 표에 기록한다. ⑦ 과정 ②~⑥을 한 번 더 수행하여 중화 적정에 사용된 수산화 나트륨 수용액의 평균 부피를 구하고, 식초에 들어 있 는 아세트산의 함량을 구한다 ● 아세트산의 함량 계산 과정 ① 사용된 0.1 M 수산화 나트륨 수용액의 평균 부피: 20 mL ② 식초 속 아세트산의 몰 농도: 식초 속 아세트산의 몰 농도를 M이라고 하면 다음 관계식이 성립된다. 1\M\0.02 L=1\0.1 M\0.02 L ∴ M=0.1 M ③ 식초 20 mL에 들어 있는 아세트산의 양(mol): 식초를 1 /10로 묽혔으므로 10을 곱하여 계산한다. 0.1 M\0.02 L\10=0.02 mol ④ 식초의 아세트산 함량 ❶ 아세트산의 분자량이 60이므로, 아세트산 0.02몰의 질량은 0.02 mol\60 g/mol=1.2 g이다. ❷ 식초의 밀도가 1 g/mL이므로 식초 20 mL의 질량은 20 mL\1 g/mL=20 g이다. ❸ 식초의 아세트산 함량(%)은 1.2 g 20 g\100 %=6 %이다. | 자료 해석과 논의 | 1. 식초의 아세트산 함량이 다르게 나왔다면 실험 오차가 생긴 까닭을 토의해 보자. •아세트산 함량이 많게 나온 경우: 식초를 희석할 때 물을 적게 넣어 1/10보다 덜 묽혔다. •아세트산 함량이 적게 나온 경우: 식초를 희석할 때 물을 많이 넣어 1/10보다 더 묽혔다. 2. 페놀프탈레인 용액을 사용한 까닭을 토의해 보자.

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02

산화 환원 반응

• 산화 환원을 전자의 이동과 산화수의 변화로 설명할 수 있다. • 산화수를 이용하여 산화 환원 반응식을 완성할 수 있다. 1 전자의 이동과 산화 환원 Ÿ 산소에 의한 산화 - 산화: 산소를 얻는 것 - 환원: 산소를 잃는 것 Ÿ 전자의 이동에 의한 산화 - 산화: 전자를 잃는 것 - 환원: 전자를 얻는 것 ➜ 산소가 관여하지 않은 반응에서도 산화 환원을 설명할 수 있다.

아연과 황산 구리(Ⅱ) 수용액의 반응 관찰하기

목표 | 금속과 금속 이온의 반응을 산화 환원 반응으로 설명할 수 있다. 준비물 | 아연판, 황산 구리(Ⅱ) 수용액, 비커, 사포, 실험용 장갑, 보안경 / 해 보기 사고력 · 탐구 능력 1. 사포로 문지른 아연판을 황산 구리(Ⅱ) 수용액에 넣는다. 2. 일정한 시간이 지난 뒤 수용액의 색과 아연판 표면에서 일 어난 변화를 관찰한다. | 정리 | ● 용액이 푸른색을 띠는 이유는 무엇때문인가? ➡ 구리 이온(Ⅱ)이 푸른색을 띠기 때문이다. ● 시간이 지남에 따라 수용액의 색은 어떻게 변하는가? 이는 무엇을 의미하는가? ➡ 수용액의 푸른색이 점점 옅어진다. 이는 수용액 속에 구리 이온이(Ⅱ) 줄어드는 것을 의미한다 ● 아연판 표면에 붙어 있는 물질은 무엇이라고 생각되는가? ➡ 구리이다. ● 아연판과 황산 구리(Ⅱ) 수용액 사이에 어떤 반응이 일어났는지 설명해 보자. ➡ 아연은 전자를 잃고 산화되어 아연 이온(Zn2+)이 되고, 수용액 속 구리 이온(Cu2+)은 전자를 얻고 환원되어 구리로 석출된다.

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<아연과 황산 구리(Ⅱ) 수용액의 반응 모형> Ÿ 황산 구리(Ⅱ)(CuSO) 수용액에 아연판을 넣었을 때의 반응 - 수용액의 변화: 수용액의 푸른색은 점점 엷어진다. - 아연판의 변화: 아연판의 표면은 붉은색 물질로 덮인다. ➜ - 산화: 아연(Zn)은 전자를 잃고 산화되어 아연 이온(Zn )으로 수용액에 녹아 들어간다. - 환원: 푸른색의 구리 이온(Cu )은 전자를 얻어 환원되어 구리(Cu)로 석출된다. Zn(s) → Zn (aq) + 2e …… 산화 Cu(aq) + 2e → Cu(s) …… 환원

Zn(s) + Cu(aq) → Zn (aq) + Cu(s)

Ÿ 산화 환원 반응의 동시성

산화 환원 반응은 전자를 주고받는 반응이므로 한 반응에서 전자를 잃는 물질이 있으면 반드시 전자를 얻는 물질이 있어야 한다. 따라서 산화와 환원은 항상 동시에 일어난다.

다음은 질산 은 수용액에 구리 조각을 넣었을 때의 산화 환원 반응을 화학 반응식으로 나타낸 것이다.

2Ag (aq) + Cu(s) → 2Ag(s) + Cu  (aq) 이 반응에서 산화된 물질과 환원된 물질을 각각 구분해 보자. 1단계 각 반응에서 전자의 이동을 나타낸다. 2Ag(aq) + 2e → 2Ag(s) ⋯ 전자를 얻음 Cu(s) → Cu (aq) + 2e ⋯ 전자를 잃음 2단계 질산 은 수용액의 은 이온은 전자를 얻어 금속 은으로 환원되었고, 구리 조 각은 전자를 잃고 구리 이온으로 산화되었다. 답 산화된 물질: Cu(s), 환원된 물질: Ag(aq) 02 산화와 환원의 동시성 한 반응에서 전자를 잃는 물 질이 있으면 반드시 전자를 얻는 물질도 있다.

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2 산화수 변화와 산화 환원 Ÿ 산화수: 어떤 물질에서 각 원자가 어느 정도 산화되었는지를 나타내는 가상적인 전하 Ÿ 금속과 비금속 원소 사이의 산화 환원 반응이나 금속과 금속 이온 사이의 산화 환원 반응에서 는 전자의 이동을 쉽게 판단할 수 있다. ➜ 이온 결합 물질에서 원자의 산화수는 각 이온의 전하와 같다. Ÿ 예를 들어 염화 나트륨 NaCl)에서 나트륨의 산화수는 +1이고, 염소의 산화수는 -1이다. 또, 산화 마그네슘(MgO)에서 마그네슘의 산화수는 +2이고, 산소의 산화수는 –2이다. <염화 나트륨과 산화 마그네슘에서 각 원자의 산화수> Ÿ 공유결합 물질의 산화환원 H₂+ Cl₂→ 2HCl 산화: 환원: ➜ 공유 결합 물질에서 원자의 산화수를 구할 때에는 구성하는 원자 중 전기 음성도가 큰 원자 쪽으로 공유 전자쌍이 모두 이동한다고 가정한다. <물에서 수소와 산소의 산화수> Ÿ 예를 들어 물(HO) 분자에서 산소(O) 원자는 수소(H) 원자보다 전기 음성도가 크므로 O 원 자와 H 원자의 공유 전자쌍은 O 원자 쪽으로 이동한다. 그러면 O 원자는 2개의 H 원자로부 터 각각 전자를 1개씩 얻어 총 2개 얻은 것이므로 그 전하는 -2이고, H 원자는 전자 1개를 O 원자에게 준 것이므로 그 전하는 +1이다. 따라서 HO에서 H의 산화수는 +1이고, O의 산 화수는 –2이다. Ÿ 산화수는 전자를 잃거나 얻으려는 원자의 성질과 관련이 있으므로 원자의 전자 배치와 밀접한 관계가 있다. 같은 원자라고 하더라도 결합한 원자와의 전기 음성도 차이에 따라 전자를 잃을 수도 있고 얻을 수도 있으므로 한 원자의 산화수가 여러 개인 경우도 있다. 산화수는 다음과 같은 규칙에 따라 정한다. 02

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p 산화수를 정하는 규칙 1. 원소를 구성하는 원자의 산화수는 0이다. 예 H, O, Fe, Hg에서 각 원자의 산화수는 0이다. 2. 일원자 이온의 산화수는 그 이온의 전하와 같다. 예 Na의 산화수는 +1이고, Cl의 산화수는 -1이다. 3. 다원자 이온은 각 원자의 산화수의 합이 그 이온의 전하와 같다. 예 SO : (+6) + (-2) × 4 = -2 S O 4. 화합물에서 각 원자의 산화수의 합은 0이다. 예 HO: (+1) × 2 + (-2) = 0 H O ➜ 물질을 이루는 원소들의 산화수 합은 화합물의 전하와 같다. 5. 화합물에서 1족 금속 원자의 산화수는 +1, 2족 금속 원자의 산화수는 +2이다. 6. 화합물에서 F의 산화수는 -1이다. 7. 화합물에서 H의 산화수는 +1이다. (단, 금속의 수소 화합물에서는 -1이다.) 예 H2O에서 H의 산화수는 +1이고, LiH에서 H의 산화수는 -1이다. 8. 화합물에서 O의 산화수는 -2이다. (단, ▝과산화물에서는 -1이다.) 예 HO, CO에서 O의 산화수는 -2이고, HO에서 O의 산화수는 –1이다. 9. 화합물에서 기타 할로젠의 산화수는 –1이다. 10. 화합물에서 기타 16족의 산화수는 –2이다. Ÿ 산화수가 증가: 전자를 잃은 것 ➜ 산화 Ÿ 산화수가 감소: 전자를 얻은 것 ➜ 환원 Ÿ 즉, 화학 반응에서 산화수의 변화로 산화와 환원을 판단할 수 있다. Ÿ 아이오딘화 칼륨(KI)과 염소(Cl)의 반응에서 산화와 환원 - I : 산화수는 -1에서 0으로 증가 ➜ I을 포함한 KI은 산화 - Cl : 산화수는 0에서 –1로 감소 ➜ Cl는 환원되었다. 05 다음은 황화 수소(HS)와 염소(Cl)의 반응을 화학 반응식으로 나타낸 것이다. HS(g) + Cl(g) →S(s) + 2HCl(g)

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3 산화제와 환원제 Ÿ 산화제: 산화 환원 반응에서 환원되며 다른 물질을 산화시키는 물질 ➜ 산화제는 산소를 잘 내주거나 전자를 얻기 쉬워야 한다. ➜ 플루오린(F), 염소(Cl) 등의 할로젠이 산화제로 쓰인다. Ÿ 환원제: 산화 환원 반응에서 산화되며 다른 물질을 환원시키는 물질 ➜ 산소와 반응을 잘하거나 전자를 잃기 쉬워야 한다 ➜ 나트륨(Na), 칼륨(K) 등의 알칼리 금속이 환원제로 쓰인다. Ÿ 산화 환원 반응에서 전자를 잃거나 얻으려는 경향은 서로 상대적이므로 어떤 반응에서 산화제 로 작용하는 물질이라도 산화시키는 능력이 더 큰 다른 물질과 반응할 때에는 환원제로 작용 할 수 있다. Ÿ 예를 들어 이산화 황(SO)과 황화 수소(HS)가 반응하는 경우에는 SO이 환원되면서 HS 를 황(S)으로 산화시키는 산화제로 작용한다. Ÿ 그러나 SO과 Cl가 반응하는 경우에는 SO이 산화되면서 Cl를 염화 이온(Cl)으로 환원 시키는 환원제로 작용한다. 06 다음 반응에서 산화제와 환원제를 구분해 보자. ⑴ 2Cu(s) + O(g) → 2CuO(s)

⑵ Fe(s) + 2HCl(aq) → FeCl(aq) + H(g)

07 할로젠은 주로 산화제로 쓰이고, 알칼리 금속은 주로 환원제로 쓰이는 까닭을 설명해

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4 산화 환원 반응식 Ÿ 산화 환원 반응을 화학 반응식 ➜ 산화제와 환원제의 양적 관계 Ÿ 산화와 환원은 항상 동시에 ➜ 증가한 산화수와 감소한 산화수는 항상 같음을 이용하여 산화 환원 반응식을 완성할 수 있다. p 산화 환원 반응식 완성하기 1단계 반응물을 화살표의 왼쪽에, 생성물을 화살표의 오른쪽에 쓰고 각 원자의 산화수를 구한다. 2단계 반응 전후의 산화수 변화를 확인한다. 3단계 증가한 산화수와 감소한 산화수가 같도록 계수를 맞춘다. 4단계 산화수의 변화가 없는 원자들의 수가 같도록 계수를 맞추어 산화 환원 반응식을 완성한다. 완성된 산화 환원 반응식에서 산화제인 FeO과 환원제인 CO는 1 : 3의 몰비로 반응한다는 것 을 알 수 있다. 따라서 FeO 1몰이 환원되려면 CO 3몰이 필요하다. 08 다음 산화 환원 반응식을 완성해 보자.

⑴ Cu(s) + AgNO(aq) → CuNO(aq) + Ag(s)

⑵ Cu(s) + HNO(aq) → CuNO(aq) + NO(g) + HO(l)

09 다음은 황산 구리(Ⅱ)(CuSO

) 수용액과 아연(Zn)의 반응을 산화 환원 반응식으로 나

타낸 것이다.

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03

화학 반응에서 열의 출입

• 화학 반응에서 열의 출입을 설명할 수 있다. 1 발열 반응과 흡열 반응 Ÿ 액화 : 열을 방출 ➜ 주위 온도는 높아진다. Ÿ 증발 : 열을 흡수 ➜ 주위 온도는 낮아진다. Ÿ 화학 반응이 일어날 때에도 열이 출입이 일어난다. Ÿ 발열 반응 : 화학 반응이 일어날 때 열을 방출하는 반응  ➜ 주위 온도는 높아진다. Ÿ 흡열 반응:화학 반응이 일어날 때 열을 흡수하는 반응   ➜ 주위 온도는 낮아진다.

<발열 반응과 흡열 반응의 예>

염산과 수산화 나트륨 수용액의 반응 ➜ 발열 반응 HCl(aq)+NaOH(aq)→ H2O(l)+NaCl(aq)+열 수산화 바륨 팔수화물과 질산 암모늄의 반응 ➜ 흡열 반응

BaOH∙HOs+NHNOs+열 → BaNOaq+10HO(l)+2NH(g)

아연과 염산의 반응 ➜ 발열 반응 Zn(s)+2HCl(aq)→ZnCl(aq)+H(g)+열 탄산수소 나트륨의 분해 ➜ 흡열 반응 2NaHCO(s)+열→ NaCO(s)+HO(l)+CO(g) 이처럼 화학 반응이 일어날 때에는 항상 열이 출입하므로 이를 이용하면 손난로나 냉찜질 주머니 같은 발열 장치나 냉각 장치로 이용 2 화학 반응에서 출입하는 열의 측정 화학 반응에서 출입하는 열은 열량계를 사용하여 측정한다. Ÿ 열량계 : 화학 반응에서 출입하는 열량을 측정하는 장치로, 기본적으로 단열 반응 용기, 온도계, 젓개로 구성 Ÿ 통열량계 : 연소 반응에서 방출하는 열량을 측정 ➜통열량계 속에서 시료가 연소하면서 방출한 열량은 통열량계 속의 물과 열량계의 온도 변화로 구할 수 있는데, 통열량계는 단열이 잘되도록 만들어져 비교적 정확하 게 열량을 측정할 수 있다. Ÿ 간이 열량계 : 화학 반응에서 출입하는 열량을 간단히 측정할 때 사용 Ÿ 간이 열량계를 사용하여 출입하는 열량을 측정할 때 열량계가 열의 출입을 차단한다고 가정. <간이 열량계의 구조>

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Ÿ 화학 반응에서 방출한 열량은 열량계 속 물이 흡수한 열량과 같다. ➜따라서 물의 ▝비열(c), 물의 질량(m), 온도 변화(△t)로 화학 반응에서 방출하는 열량(Q)을 구할 수 있다. 이때 열량의 단위는 J을 쓴다.   ∆ 10 25 ℃의 0.1 M 수산화 나트륨(NaOH) 수용액 100 g에 25 ℃의 0.1 M 염산 (HCl(aq)) 100 g을 넣어 완전히 중화하였더니 혼합 용액의 최고 온도가 32 ℃가 되었 다. 이 반응에서 방출한 열량 (kJ)을 구해 보자. (단, 용액의 비열은 4 J/(g·℃)이다.) 03 ▝비열(J/(g · ℃)) 어떤 물질 1 g의 온도 를 1 ℃ 높이는 데 필 요한 열량

화학 반응에서 열의 출입을 측정하기

목표 | 염화 칼슘이 물에 용해될 때 출입하는 열을 간이 열량계를 이용하여 측정할 수 있다. / 실험 사고력 · 탐구 능력 · 의사소통 능력 | 문제 인식 | 염화 칼슘이 물에 용해될 때 방출하는 열을 어떻게 측정할 수 있을까? | 탐구 설계와 수행 | 1. 열량계의 뚜껑에 구멍을 내고 온도계와 젓개를 꽂는다. 2. 증류수 200 g을 열량계에 넣은 뒤 온도()를 측정한다. ● 처음 온도(): 22 ℃ 3. 열량계에 염화 칼슘 10 g을 넣고 젓개로 계속 저어 완전히 녹인 뒤 용액의 최고 온도 ()를 측정한다. 주의 염화 칼슘은 오븐으로 건조하여 사용한다. ● 최고 온도(): 29.5 ℃ | 자료 해석과 논의 | 1. 염화 칼슘이 용해될 때 방출한 열이 모두 용액에 흡수되었다고 가정하고, 방출한 열량(J)을 구해 보자. (단, 용액의 비열은 4.2 J/( g·℃)라고 가정한다.) ➡ 용액이 흡수한 열량(J)은 4.2 J/(g· *C)\210(=200+10) g\(29.5-22) *C=6,615 J이다. 2. 1에서 구한 값을 이용하여 염화 칼슘이 물에 용해될 때 방출한 열량 J(/g)을 구해 보자. ➡ 염화 칼슘 10 g이 물에 용해될 때 방출한 열량이 6,615 J이므로 1 g이 물에 용해될 때 방출한 열량은 661.5 J이 다. 즉, 염화 칼슘이 물에 용해될 때 방출한 열량은 661.5 J/g이다. 3. 실제로 염화 칼슘이 물에 용해될 때 방출하는 열량은 732.4 J/g이다. 2에서 구한 값과 비교해 보고 오 차가 생긴 까닭을 토의해 보자. ➡ 오차는 70.9 J/g으로 실험값이 실젯값보다 작게 측정되었으므로 다음과 같은 오차의 원인들이 있다. 용기의 단열 효과가 떨어져 염화 칼슘이 물에 용해될 때 방출한 열이 외부로 빠져나가 공기, 온도계, 젓개 등을 가열하는 데 사용됐 다. 물과 염화 칼슘의 질량 측정 시 전자저울의 기계적 오차 및 측정 오차, 온도 측정 시 온도계의 기계적 오차 및 측 정 오차가 있었다 | 결론 도출 | 염화 칼슘이 물에 용해될 때 방출하는 열을 측정하는 원리를 설명해 보자. ➡간이 열량계에서 염화 칼슘이 물에 용해될 때 방출하는 열량을 모두 용액이 흡수한다고 가정하고, 용액이 흡수한 열

수치

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참조

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