개념 한 쪽
수질환경기사 중화반응 — 당량과 남은 이온
중화반응은 산과 염기가 만나 염과 물을 만드는 반응이다. 황산처럼 수소이온을 두 개 내놓는 산은 당량이 두 배이고, 중화 뒤의 pH는 남은 수소이온이나 수산화이온 농도로 결정된다. 반응계수와 당량을 1로 놓은 선지가 함정으로 나온다.
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뜻
황산과 수산화나트륨의 중화는 H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O로 나타낸다. 황산 1몰은 수산화나트륨 2몰과 반응하므로 황산의 당량은 2이다. 염산과 수산화나트륨은 HCl + NaOH → NaCl + H2O로 1:1로 반응한다. 산과 염기의 몰비를 반응식의 계수와 맞추어 읽는 것이 첫 단계이다.
중화가 끝난 뒤의 pH는 남은 이온이 결정한다. 염산 130mg이 녹아 있는 용액 1L에 1N 가성소다 3mL를 넣는 경우, 처음 수소이온의 몰수와 첨가한 수산화이온의 몰수를 각각 구해 어느 쪽이 남는지 확인한다. 산이 남으면 그 농도로 pH를 구하고, 염기가 남으면 수산화이온 농도로 pOH를 구한 뒤 pH로 바꾼다. 중화점이라는 이유만으로 pH를 항상 7로 적으면 안 된다.
적정에서는 당량 관계를 이용한다. 노르말 농도와 부피의 곱이 같아지는 N1V1 = N2V2를 쓰면, 농도를 모르는 쪽의 농도나 필요한 부피를 구할 수 있다. 이때 부피 단위를 양쪽에서 같게 맞추고, 황산이나 수산화칼슘처럼 당량이 2인 물질은 당량 수를 반영한다.
예제
선지 판단은 중화 반응식의 계수, 산과 염기의 당량, 중화 후 남은 이온의 종류, 적정식의 곱셈 방향에서 갈린다. 황산을 수산화나트륨과 1:1로 반응한다고 적거나, 황산의 당량을 1로 두고 부피를 계산하면 틀린다. 중화 뒤 남은 수소이온을 무시하고 pH를 7로 적은 선지도 성립하지 않는다. 적정에서 N1V1 = N2V2 대신 농도끼리 더하거나 부피끼리 곱한 선지도 관계식이 어긋난다. 염산과 수산화나트륨의 반응에서 생성물을 염과 물이 아닌 다른 물질로 적은 선지도 틀린다.
자주 묻는 물음
- 황산과 수산화나트륨은 어떤 비율로 중화되나요?
- H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O로 반응하므로 황산 1몰에 수산화나트륨 2몰이 필요합니다. 황산의 당량은 2입니다. 염산과 수산화나트륨은 HCl + NaOH → NaCl + H2O로 1:1로 반응합니다.
- 중화 뒤의 pH는 어떻게 구하나요?
- 처음 산의 몰수와 첨가한 염기의 몰수를 각각 구해 남는 쪽을 확인합니다. 산이 남으면 수소이온 농도로 pH를 구하고, 염기가 남으면 수산화이온 농도로 pOH를 구한 뒤 pH로 바꿉니다. 중화점이라고 해서 pH가 항상 7인 것은 아닙니다.
- 적정에서 사용하는 당량 관계식은 무엇인가요?
- N1V1 = N2V2를 사용합니다. 노르말 농도와 부피의 곱이 같아지는 관계로, 농도를 모르는 쪽의 농도나 필요한 부피를 구합니다. 부피 단위를 양쪽에서 같게 맞추고, 당량이 2인 물질은 당량 수를 반영합니다.
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