개념 한 쪽
적정법은 시료와 적정액 사이에서 일어나는 특정 화학 반응을 이용해 분석물을 정량하는 방법이다. 반응 유형에 따라 중화적정, 침전적정, 킬레이트적정, 산화·환원적정 등으로 구분되며, 각 적정은 반응의 핵심 메커니즘에 따라 명칭이 정해진다. 산화·환원 적정에서는 전자 이동량을 기준으로 당량을 계산하고, 킬레이트 적정에서는 착물 형성과 pH 조절이 핵심 변수가 된다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기 회원용
가입 없이 오늘의 10문제 바로 풀기 →
출제기준 단원 「산염기 적정법」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 적정법 유형 판별 | 1 | 반응 메커니즘으로 적정법의 종류를 가르는 능력 |
| 산화환원 당량 계산 | 1 | 산화수 변화로부터 당량수를 구하는 계산 능력 |
| 착물형성 적정 식별 | 1 | 착물 형성 반응을 이용한 적정법을 고르는 능력 |
적정법의 종류는 반응 생성물이나 메커니즘으로 구분한다. 중화적정은 산과 염기가 만나 물과 염을 생성하는 반응을 이용하고, 침전적정은 두 용액을 섞어 불용성 침전물을 생성하는 반응을 이용한다. 킬레이트적정은 금속 이온이 리간드와 착물을 형성하는 성질을 이용하며, 대표적으로 EDTA 적정이 있다. 산화·환원적정은 전자 이동을 통해 산화제와 환원제의 반응을 이용하여 시료를 정량한다.
산화·환원 적정에서 당량은 반응에서 이동하는 전자 몰수에 해당한다. 예를 들어 과망간산이온(MnO4-)은 산성 용액에서 Mn(+7)에서 Mn(+2)로 환원되며 전자 5몰을 받아들이므로 1몰의 MnO4-는 5당량에 해당한다. 따라서 산화·환원 적정의 농도 또는 필요한 시약량 계산에서는 분자량을 당량수(전자수)로 나눈 값을 사용한다.
킬레이트 적정에서는 금속 이온의 가수분해나 침전 같은 부반응을 막기 위해 적절한 pH를 유지해야 한다. 일반적인 EDTA 적정에서는 암모니아-염화암모늄(NH4OH-NH4Cl) 완충액을 사용하여 pH 약 10을 유지함으로써 대부분의 2가 금속 이온이 수산화물로 침전하지 않고 안정하게 착물을 형성하도록 한다.
산성 용액에서는 [H+]가 [OH-]보다 크고, 중성에서는 두 이온의 농도가 같으며 알칼리성에서는 [OH-]가 [H+]보다 크다는 물의 이온 균형 원리를 항상 확인해야 한다. 적정 계산 문제에서는 pH로부터 [H+]를 구하고, 이온화 상수나 농도 관계식을 이용하여 Ka나 필요한 용량을 계산하는 절차를 따르는 것이 핵심이다.
1) pH로부터 약산의 Ka 계산 예시 어느 산 HA의 0.1M 수용액에서 pH가 3.0으로 측정되었을 때 [H+]=10^-3 M이므로 [A-]=10^-3 M으로 근사한다. Ka는 [H+][A-]/[HA]이므로 Ka≈(10^-3 × 10^-3)/0.1 = 10^-5가 되어 Ka≈1.01×10^-5로 계산한다.
2) 황산 용액의 중화적정 부피 계산 예시 0.49g의 황산(H2SO4, 분자량 98)을 100ml에 녹인 용액을 0.1N NaOH로 적정할 경우, 황산은 2가산이므로 당량분자량은 98/2=49g/eq이다. 용액의 당량농도는 0.49g ÷ 49g/eq ÷ 0.1L = 0.1N이므로 N1V1=N2V2에서 0.1N×100ml = 0.1N×V2이 되어 V2=100ml가 된다.
3) KMnO4 표준용액 제조량 계산 예시 KMnO4는 산성 조건에서 Mn7+→Mn2+로 환원되며 전자 5개를 전달하므로 당량분자량은 158.03/5 ≈ 31.606 g/eq이다. 0.1N 1L 표준용액을 조제하려면 31.606×0.1=3.1606g이 필요하므로 약 3.161g의 순수 KMnO4가 필요하다.
하이드로퀴논(Hydroquinone)을 중크롬산칼륨으로 적정하는 것과 같이, 분석물질과 적정액 사이의 산화· 환원반응을 이용하여 시료를 정량하는 분석법은 무엇인가?
정답 ④ · 산화·환원적정법은 분석물질과 적정액 사이에 전자의 이동(산화-환원 반응)을 이용하여 정량하는 방법으로, 하이드로퀴논을 중크롬산칼륨(K2Cr2O7)으로 적정하는 것이 대표 예시이다. 중화적정은 산-염기, 킬레이트적정은 착물형성, 침전적정은 불용성 침전 생성 반응을 이용한다.
산화·환원 반응에서 전자 이동에 기반한 정량법을 산화·환원적정법이라 한다.
과망간산칼륨이온(MnO4-)은 진한 보라색을 가지는 대표적 산화제이며, 센 산성용액(pH≤ 1)에서는 환원제와 반응하여 무색의 Mn2+으로 환원된다. 1몰(mol)의 과망간산이온이 반응하였을 때, 몇 당량에 해당하는 산화가 일어나게 되는가?
정답 ③ · MnO4-에서 Mn의 산화수는 +7이며 산성용액에서 Mn2+(+2)로 환원되므로 산화수 변화는 5이다. 즉 1몰의 MnO4-가 반응할 때 전자 5몰을 받아들이므로 5당량에 해당한다.
산화수 변화량이 전자 이동 수이므로, Mn의 산화수 변화 5가 5당량에 해당한다.
다음 중 분석물질과 적정액 사이의 착물형성 반응을 이용한 적정법은?
정답 ④ · 킬레이트적정법(예: EDTA 적정)은 금속이온과 착물(킬레이트)을 형성하는 반응을 이용해 정량하는 방법이다. 중화적정은 산-염기 반응, 침전적정은 불용성 침전, 산화환원적정은 전자이동 반응을 이용하므로 각 적정법의 반응 유형을 구분해 암기해야 한다.
착물 형성을 이용한 적정법은 킬레이트적정법이며, EDTA 적정이 대표적이다.
화학분석기능사 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.