합성염산의 원료기체를 제조하는 방법은?
- 공기의 액화
- 공기의 아크방전법
- 소금물의 전해
- 염화물의 치환법
정답과 해설 보기
정답 ③ · 합성염산 제조에 필요한 원료 기체를 얻는 방법을 묻는 문제이다. 합성염산은 수소와 염소를 직접 연소시켜 염화수소를 만들고 물에 흡수시켜 생산하는데, 이때 필요한 염소와 수소는 소금물(염화나트륨 수용액) 전해로 대량 얻는다.
합성염산은 수소를 염소와 반응시켜 만드는데, 이 염소 기체는 소금물 전해로 생산된다.
개념 한 쪽
화공기사 염산 — 합성·원료·농도
염산(HCl)은 수소와 염소의 직접 반응으로 합성하며, 염소는 주로 소금물 전해로 얻는다. 합성 후 생성된 염화수소 가스를 물에 흡수하면 염산 용액이 되며, 용액의 농도는 용질 질량을 용액 전체 질량으로 나눈 wt%로 표시한다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「염산」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 원료기체 제조법 식별 | 1 | 염소와 수소의 산업적 제조법을 고르기 |
| 농도(wt%) 계산 | 1 | 주어진 질량으로 염산 용액의 질량 백분율을 계산하기 |
| 공정 장치 판별 | 1 | 합성염산 공정에서 불필요한 장치를 찾기 |
뜻
합성염산은 수소(H2)와 염소(Cl2)를 직접 반응시켜 제조하는 공정이다. 이 반응은 연소(직접 결합) 과정으로 진행되며, 반응 후 생성된 염화수소 가스는 냉각 및 흡수 단계를 거쳐 물에 용해시켜 염산 용액을 얻는다.
염소 기체의 산업적 제조 방법은 소금물(염화나트륨 수용액)의 전해이다. 소금물 전해 과정에서는 양극에서 염소가스가 발생하고 음극에서 수소가스가 발생하므로, 합성염산의 원료가 되는 두 기체를 동시에 확보할 수 있다.
직접 연소에 의한 합성염산 공정은 촉매를 필요로 하지 않는다. 주요 공정 단계는 연소실에서의 반응, 냉각기에서의 가스 냉각, 흡수기에서의 물 흡수이며, 촉매실은 사용되지 않는다.
염산 용액의 농도 계산은 질량 백분율(wt%) 정의를 사용한다. wt%는 용질의 질량을 용액 전체 질량으로 나눈 값에 100을 곱한 값으로 정의된다. 이 정의에 따라 용질과 용매의 질량 합이 분모에 포함되어야 한다.
예제
문제: 42.3kg의 염화수소 기체를 83kg의 물에 흡수하여 염산을 만들 때 염산의 농도(wt%)는?
풀이: 용질 질량은 HCl 42.3kg, 용매 질량은 물 83kg이므로 용액 전체 질량은 42.3 + 83 = 125.3kg이다. 농도는 (용질 질량 / 용액 전체 질량) × 100 이므로 (42.3 ÷ 125.3) × 100 ≈ 33.76%가 된다. 계산 실수 방지용으로 먼저 분모가 용액 전체 질량인지 확인해야 한다.
공정 장치 관련 문제 예: 합성염산법의 주요 단계는 연소, 냉각, 흡수이므로 촉매실은 필요하지 않다. 직접 연소 공정에서는 촉매를 사용하지 않는다는 점을 근거로 불필요한 장치를 판별한다.
대표 기출 3문항
염화수소 가스 42.3kg을 물 83kg에 흡수시켜 염산을 제조할 때 염산의 농도(wt%)는? (단, 염화수소 가스는 전량 물에 흡수된 것으로 한다.)
- 13.76
- 23.76
- 33.76
- 43.76
정답과 해설 보기
정답 ③ · 염화수소 가스가 전량 흡수된 염산의 중량백분율 농도를 계산하는 문제이다. wt%는 용질 질량을 용액 전체 질량으로 나눈 값에 100을 곱해 구한다.
염산 농도는 용질 질량/(용질+용매) 질량×100으로 계산하며, HCl 42.3kg, 물 83kg을 대입하면 약 33.76%가 된다.
H2와 Cl2의 직접결합에 의한 합성염산법에서 사용되는 장치가 아닌 것은?
- 촉매실
- 연소실
- 냉각기
- 흡수기
정답과 해설 보기
정답 ① · 질문은 H2와 Cl2의 직접 결합으로 염산을 만드는 합성염산법에서 사용되지 않는 장치를 묻고 있다. 이 공정은 두 기체의 직접 연소 반응이므로 촉매를 필요로 하지 않아 촉매실은 사용되지 않는다.
합성염산법은 수소와 염소의 직접 연소이므로 촉매실이 필요 없다.
자주 묻는 물음
- 염소 기체는 어떻게 대량 생산하나?
- 염소는 소금물(염화나트륨 수용액)의 전해로 대량 생산한다. 전해에서 양극에서는 염소가스가 발생하고 음극에서는 수소가스가 발생하므로 합성염산의 원료를 동시에 얻는다.
- 합성염산 공정에 촉매가 필요한가?
- 합성염산의 직접 연소 반응은 촉매를 필요로 하지 않는다. 공정 흐름은 연소, 냉각, 흡수로 이루어지며 촉매실은 사용되지 않는다.
- 질량 백분율(wt%) 농도 계산 시 주의할 점은 무엇인가?
- 농도 계산에서 분모는 용매가 아닌 용액 전체 질량(용질 + 용매)이어야 한다. wt%는 질량 비율이므로 몰수로 변환할 필요 없이 바로 질량으로 계산한다.
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