• 3-5 용액의 농도

(1)

• 3-1 화학 방정식

• 3-2 화학 방정식에 근거한 계산

• 3-3 한계 반응물의 개념

• 3-4 화학 반응으로부터의 퍼센트와 수 율 계산

• 3-5 용액의 농도

• 3-6 용액의 희석

제 3장. 화학방정식과 반응 양론

(2)

학습 목표

•

화학 반응을 설명하기 위한 균형 화학 방정식의 사용

•

각 화학 반응 안에 포함된 반응물과 생성물의 양을 계 산하기 위한 균형 방정식의 해석

•

각 화합 반응에서 한계 반응물의 이해

•

주어진 화학 방정식의 계산에 한계 반응물의 개념 사용

•

반응에서 실제로 생성된 물질의 양(실제 수율)과 예상 되는 양(이론적 수율)을 비교하여 퍼센트 수율을 결정

•

용액에 관한 용어(용질, 용매, 농도)의 사용

•

용액을 희석했을 때 농도의 계산

(3)

그림3-1. 메탄과 산소가 반응하여 이산화탄소와 물을

생성시키는 반응의 두 가지 표현. 화학 결합이 깨지고 각각에 새로운 결합이 생성된다.

(a)

모형을 사용한 설명 (b) 화학식을 사용 한설명

.

반응물 생성물

(화학 방정식)

3-1 화학 방정식 (Chemical Equation)

(4)

화학 방정식의 균형 잡기

• 반응물과 생성물 화학식 대입 CH₄ + O₂

→

CO₂+ H₂O

•계수 맞추기 (balancing)

CH₄ + 2O₂

→

CO₂ + 2H₂O

CH

₄

+ 2O

₂

→ CO

₂

+ 2H

₂

O

1. 먼저 양쪽 면에 각각 한 화합물에만 존재하는

원소(단지 한 개의 반응물과 한 개의 생성물)을 찾아서 그들 원소의 균형을 잡아라.

2. 만약, 한 쪽 면에 결합되지 않은 원소가 있다면 그 원소는 마지막에 균형을 잡아라

※ 물질의 화학식은 변하지 않는다. 계수만 조정한다.

(5)

예) Diethyl ether (C₂H₆O) 연소 반응의 화학 방정식 1.반응물 과 생성물 표기

2.탄소, 수소의 균형을 맞춘다.

3.산소의 균형을 맞춘다.

4.각 원소에 관해서 검산한다.

C₂H₆O + O₂

→

CO₂ + H₂O

C₂H₆O + O₂

→

2CO₂ + 3H₂O

C₂H₆O + 3O₂

→

2CO₂ + 3 H₂O

(6)

3-2 화학 방정식에 근거한 계산

CH

₄

+ 2O

₂

→ CO

₂

+ 2H

₂

O

메탄 1분자 산소 2분자 이산화탄소 1분자 물 2분자 메탄 1몰 산소 2몰 이산화탄소 1몰 물 2몰

예제 3-1, 메탄 3.5몰이 과량의 산소와 반응할 때 생성되 는 물의 몰 수?

mole 7.0

O H mole

1 CH

mole 2

O H

mole 3.5

CH

₂

4 2

4

× =

(7)

CH

₄

+ 2O

₂

→ CO

₂

+ 2H

₂

O

예제 3-2, CH₄ 1.2 몰과 반응하는데 필요한 O₂의 질량?

예제 3-3, CH₄ 6.00 몰이 연소되어 생성되는 CO₂의 질량?

2 2

2 4

2

4

77 g O

mole 1

O

32g O

mole 1

CH

mole 2

O

mole 1.2

CH × × =

2 2

2 2 4

2

4

2.64 10 g CO

mole 1

CO

44.0g CO

mole 1

CH

mole 1

CO

mole 6.00

CH × × = ×

(8)

※한계 반응물: 먼저 모두 소비되어 지는 반응물

3-3 한계 반응물 (Limiting reagent) 의 개념

CH

₄

+ 2O

₂

→ CO

₂

+ 2H

₂

O

예제 3-4, 16.0 g CH₄ 와 48.0 g 의 O₂와의 반응에의해 생성되는 CO₂ 양?

2 2

4 4

O mole g 1.50

32.0 O

mole 1

O

g 48.0 O

CH

mole g 1.00

16.0 CH

mole 1

CH

g 16.0 CH

=

×

=

×

←

한계 반응물

생성되는CO₂ = ½×O₂의몰수 = ½×1.50 mol = 0.750 mol

→

0.750 mol CO₂ ×44.0 g/mol = 33.0 g CO₂

(9)

3-4 퍼센트 수율 계산 (percent yield)

•

퍼센트 수율 =

100 %

×

수율 이론적

생성물의

수율 실제

생성물의

예제 3-10, 15.6 g의 C₆H₆이 과량의 HNO₃과 반응하여 18.0 g의 C₆H₅NO₂를 얻은 경우,

C₆H₆ + HNO₃ →C₆H₅NO₂

% 2 . 73

% 100 =

×

=

∴

←

=

×

g 24.6

g 18.0

NO

H C 24.6g

mol 1

NO H

C 123.1g H

C mol 1

NO H

C mol 1

H C 78.1g

mol H 1

C 15.6g

2 6

6

2 6

6 6

6

2 6

6 6

6

수율 퍼센트

수율 이론적

(10)

•

질량 퍼센트(％, weight percent)

3-5 용액의 농도 (concentration)

100%

+ ×

=

×

=

질량 용액

질량 용질

질량 용액

질량 백분율 용질

용질

(Solution=solute+solvent)

예제 3-7, 6% NiSO₄용액 200mL에녹아 있는 NiSO₄의 질량? (d=1.06 g/mL)

용액의 질량= 200 mL ×1.06 g/mL = 212 g 용질의 질량= 212 g ×0.06 = 12.7 g

(11)

예제 3-9, 96.4% 황산(H₂SO₄)의 비중은 1.84 이 다. 몰 농도는?

몰 농도 (molarity, M)

몰 농도= 용질의 mol수/용액의 L수

황산 용액 1L에들어 있는 황산의 몰 수를 구한다.

용액 용액 황산

황산 용액

용액

1.77 10 g /L 100.0g

96.4g L

mL 1000

mL

1.84g

₃

×

=

×

M 18.0

/L 98.1g 18.0

1 L

g 10 1.77

³

∴

=

× ×

용액 황산 몰

황산 몰

용액

황산

(12)

그림3-2, 0.0100M과망간산칼륨KMnO4용액의 제조.

0.0100M의 KMnO4용액 250㎖는 0.395g의 KMnO4 를 포함 한다.(a) KMnO₄ 0.395을 저울에 신중히 무게를 잰 다음, 250 ㎖메스플라스크에 옮겨 놓는다.(b) KMnO4 를 물에 용해 시킨다. (c) 용액의 부피가 250㎖

가 될 때까지 메스 플라스크에 증류수를 가한다. 균일 용액으로 만들기 위해 플라스크 마개를 막은 다음 내용물을 충분히 혼합한다. 여기서 용 매는 물이다. 물이 아닌 용매를 사용했을 경우에는 이것을 명확하게 나 타내 주어야 한다.

(13)

•

용액의 부피(L)와 M농도를 곱하면 용액 안의 용질의 양을 구할 수 있다.

• V

₁

M

₁

=V

₂

M

₂

(

단지 희석을 위함)

3-6 용액의 희석

예제 3-10, 18.0M, H₂SO₄ V? → 0.900M, H₂SO₄ 1 L (18.0 mol/L )(V L) = (0.900 mol/L)(1 L)

V = 0.0500 L = 50.0 mL

(14)

연습 문제 3, 4, 6, 8, 14, 16, 17, 19, 21, 22, 25, 26(b), 28, 31

& 교과서 예제 문제들