0.1M NaOH 0.5L와 0.2M HCl 0.5L를 혼합한 용액의 몰농도(M)값은?
- 0.05M
- 0.1M
- 0.3M
- 1M
정답과 해설 보기
정답 ① · NaOH의 몰수=0.1×0.5=0.05몰, HCl의 몰수=0.2×0.5=0.1몰이다. 중화반응(NaOH+HCl→NaCl+H2O)에서 NaOH가 모두 소모되고 HCl이 0.05몰 남는다.
중화 반응 후 남는 산 또는 염기의 몰수를 구하고, 전체 부피로 나누어 잔류 몰농도를 계산한다.
개념 한 쪽
화학분석기능사 산과 염기 — 산·염기 기본 개념
산과 염기는 수용액에서 이온의 주고받음으로 성질을 보이는 물질로, 몰농도·당량농도·pH·전리도 등으로 서술할 수 있다. 산-염기 반응은 중화 반응으로 몰수 관계를 이용해 농도를 계산한다. 전지와 산·염기의 전기화학적 반류나 산의 세기 비교 규칙도 기본으로 다룬다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「산과 염기」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 중화 후 잔류 농도 계산 | 1 | 혼합한 산·염기의 잔류 몰수를 구해 최종 몰농도를 계산하는 방법을 묻는다 |
| 산의 세기 비교 판단 | 1 | 산소 수나 중심 원자 산화수로 산의 강약을 비교하는 원리를 묻는다 |
| 적정 농도 계산 | 1 | 중화 반응에서 M1V1=M2V2 법칙을 적용해 미지농도를 계산하는 문제를 묻는다 |
뜻
몰농도(M)는 용질의 몰수를 용액의 전체 부피로 나눈 값으로, 예컨대 80g의 NaOH(분자량 40)는 2몰이고 1L 용액이면 2M이 된다. 당량농도(N)는 몰농도에 해당 물질의 당량수를 곱한 값이며, 1가 산·염기는 N=M 관계가 성립한다. 따라서 NaOH는 당량수가 1이므로 N농도와 M농도가 같다.
중화 반응에서는 반응식에 따라 산과 염기의 몰수가 소비되며, 1가 산과 1가 염기라면 산의 몰수와 염기의 몰수가 같아 M1V1=M2V2 식으로 계산한다. 두 용액을 혼합하면 잔류한 산 또는 염기의 몰수를 구한 뒤 전체 부피로 나누어 최종 몰농도를 구한다.
pH는 수소 이온 농도[H+]의 음의 상용로그(-log[H+])로 정의되며, 강산은 물에서 완전 이온화한다고 가정해 몰농도와 [H+]를 동일시한다. 예컨대 0.001M HCl 용액의 [H+]는 10^-3M이므로 pH는 3이다.
산의 세기는 산소 수나 중심 원자의 산화수 등으로 판단하는 규칙이 있으며, 산소산의 경우 중심 원자의 산화수가 클수록 강산이 된다. 전지에서는 음극이 산화가 일어나는 전극이고 양극이 환원 전극이라는 기본 정의를 적용한다.
예제
(추가 설명) NaOH 80g을 1000mL로 만든 용액의 경우 NaOH 몰수는 80÷40=2mol이며 부피 1L로 나누어 몰농도 2M이고, NaOH는 1가 염기이므로 N농도도 2N가 된다.
대표 기출 3문항
다음은 산성의 강약을 표시한 것이다. 잘못 표시된 것은?
- H3AsO3 ＜ H3AsO4
- HNO2 ＜ HNO3
- HMnO4 ＜ H2MnO4
- HClO ＜ HClO4
정답과 해설 보기
정답 ③ · 산소 수가 많을수록(중심원자 산화수가 높을수록) 산의 세기가 강해진다. HMnO4(Mn +7)는 과망간산으로 매우 강산이고 H2MnO4(Mn +6)는 이보다 약한 산이므로 HMnO4 > H2MnO4가 옳다.
중심원자의 산화수가 높을수록(산소 수가 많을수록) 산의 세기가 강해진다.
농도를 모르는 HCl(염산) 50mL를 완전히 중화하는데 0.2M NaOH(수산화나트륨)100mL가 필요했다면 이 염산의 몰농도(M)는 얼마인가?
- 0.1M
- 0.2M
- 0.3M
- 0.4M
정답과 해설 보기
정답 ④ · 중화적정 공식 M1V1=M2V2(1가산-1가염기)을 적용하면 M(HCl)×50mL=0.2M×100mL, M(HCl)=0.2×100/50=0.4M이다. 산과 염기가 완전히 중화될 때 몰수가 같다는 원리를 이용한 계산으로, 정답은 0.4M이다.
중화 반응에서 1가 산과 1가 염기의 몰수는 같으므로 M1V1=M2V2 공식을 이용해 염산의 몰농도를 계산하면 0.4M이다.
자주 묻는 물음
- N농도와 M농도의 차이는 무엇인가?
- M농도는 몰수÷부피로 정의하고 N농도는 M농도에 당량수를 곱한 값이다. 1가 산·염기는 당량수가 1이므로 N=M 관계가 성립하며, 2가 물질은 N=2M이 된다.
- 혼합된 산과 염기의 잔류 농도는 어떻게 구하나?
- 각 용액의 몰수를 먼저 구하고 중화 반응으로 소비된 몰수를 차감하여 잔류 몰수를 계산한 뒤, 두 용액의 합한 전체 부피로 나누어 최종 몰농도를 구한다.
- pH 계산에서 강산을 가정할 때 주의할 점은 무엇인가?
- 강산은 물에서 완전 이온화한다고 가정해 몰농도와 [H+]를 동일시한다. 10^-n M의 강산이면 pH는 n이 되는 단순 관계를 이용하면 빠르게 계산할 수 있다.
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