개념 한 쪽
수질환경기사 분석관련 용액제조 — 당량과 표준용액
산화환원 적정제의 당량 계산, 과망간산칼륨과 중크롬산칼륨 용액의 조제량, 염화암모늄과 인산이수소칼륨 표준원액의 환산, pH 표준액과 수산화나트륨의 규정농도를 익힌다.
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뜻
노르말농도 용액을 만들 때는 물질의 당량을 먼저 구한다. 과망간산칼륨은 산성 조건에서 5전자를 받으므로 당량은 분자량 158을 5로 나눈 31.6g이다. 중크롬산칼륨은 6전자 반응이므로 분자량 294를 6으로 나눈 49g이 당량이다. 필요한 질량은 규정농도 × 부피(L) × 당량으로 구한다.
0.025N 과망간산칼륨 용액 250mL를 만들려면 0.025 × 0.25 × 31.6 = 0.1975g이므로 약 0.2g을 취한다. 같은 농도로 500mL를 만들려면 0.025 × 0.5 × 31.6 = 0.395g이므로 약 0.4g이 필요하다. 전자 수를 1로 잘못 적용하거나 부피를 L로 바꾸지 않으면 값이 크게 달라진다.
0.025N 중크롬산칼륨 용액 500mL를 만들려면 0.025 × 0.5 × 49 = 0.6125g이므로 약 0.61g을 취한다.
표준원액은 목표 성분의 질량을 시약의 분자량 비율로 환산해 만든다. 염화암모늄은 질소 14에 대해 분자량 53.5이므로, 0.1mgN/mL 농도 1L에는 100mg × (53.5/14) ≈ 382mg이 필요하다. 0.05mgN/mL 농도 1L에는 50mg × (53.5/14) ≈ 191mg이 필요하다. 인산이수소칼륨은 인 31에 대해 분자량 136이므로, 0.1mgP/mL 농도 500mL에는 50mg × (136/31) ≈ 0.22g이 필요하다.
pH 표준액은 온도에 따라 pH가 달라지며, 표에 없는 온도의 값은 내삽법으로 구한다. 20℃에서 가장 낮은 pH를 나타내는 표준액은 프탈산염 표준액으로 pH 4.01 부근이다. 0℃에서 가장 높은 pH를 나타내는 표준액은 탄산염 표준액 쪽이고, 가장 낮은 pH를 나타내는 표준액은 수산화칼슘 표준액으로 다루어진다. 수산화나트륨 10g을 물에 녹여 500mL로 만들면 당량 40으로 나누어 0.25당량이 되고, 이를 0.5L로 나누면 0.5N이다.
예제
선지 판단은 과망간산칼륨과 중크롬산칼륨의 전자 수와 당량, 규정농도에 부피(L)와 당량을 곱하는 순서, 염화암모늄과 인산이수소칼륨의 분자량 비율, pH 표준액의 온도별 순서, 수산화나트륨의 당량 환산에서 갈린다. 과망간산칼륨의 전자 수를 1로 두거나 중크롬산칼륨을 5전자로 계산한 선지가 틀린다. 표준원액에서 분자량과 원자량의 비를 뒤집은 선지, 수산화나트륨 10g을 0.5L로 나누지 않은 선지도 어긋난다.
자주 묻는 물음
- 과망간산칼륨과 중크롬산칼륨 용액의 조제량은 어떻게 구하나요?
- 당량을 먼저 구합니다. 과망간산칼륨은 5전자 반응이라 당량이 158/5 = 31.6g이고, 0.025N 250mL에는 0.025 × 0.25 × 31.6 ≈ 0.2g이 필요합니다. 500mL에는 약 0.4g입니다. 중크롬산칼륨은 6전자 반응이라 당량이 294/6 = 49g이고, 0.025N 500mL에는 0.025 × 0.5 × 49 ≈ 0.61g이 필요합니다.
- 염화암모늄과 인산이수소칼륨 표준원액은 어떻게 환산하나요?
- 목표 성분의 질량에 시약 분자량을 원자량으로 나눈 비율을 곱합니다. 염화암모늄은 0.1mgN/mL 1L에 100mg × (53.5/14) ≈ 382mg, 0.05mgN/mL 1L에 50mg × (53.5/14) ≈ 191mg이 필요합니다. 인산이수소칼륨은 0.1mgP/mL 500mL에 50mg × (136/31) ≈ 0.22g이 필요합니다.
- pH 표준액과 수산화나트륨의 규정농도는 어떻게 구하나요?
- pH 표준액은 온도에 따라 pH가 달라지고, 표에 없는 온도는 내삽법으로 구합니다. 20℃에서 가장 낮은 pH는 프탈산염 표준액으로 pH 4.01 부근이고, 0℃에서 가장 높은 pH는 탄산염 표준액 쪽입니다. 수산화나트륨 10g은 당량 40으로 나누면 0.25당량이고, 500mL로 만들면 0.25/0.5 = 0.5N입니다.
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