개념 한 쪽
산화는 전자를 잃고 산화수가 올라가는 변화다. 위험물산업기사에서는 산화수 계산, 산화제와 환원제의 구분, 대표 산화제의 성질과 당량 계산이 출제된다.
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출제기준 단원 「산화」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 기체 발생 여부 판정 | 1 | 금속 활동성에 따라 수소를 내지 않는 반응 고르기 |
| 산화력 비교 | 1 | 할로겐 원소 중 산화력이 가장 큰 것 고르기 |
| 산화제·환원제 역할 판정 | 1 | 반응식에서 산화되고 환원되는 물질 구분 |
산화는 전자를 잃거나 산소와 결합해 산화수가 증가하는 과정이고, 반대로 전자를 얻는 과정은 환원이므로 산화에 해당하지 않는다. 산화수는 전자를 잃으면 증가하고 얻으면 감소하는 값으로, 중성 화합물에서 그 합을 0으로 맞춰 계산한다. KMnO₄에서 K는 +1, O는 -2이므로 (+1) + Mn + 4×(-2) = 0에서 망간의 산화수는 +7이 된다.
산화제와 환원제는 자신이 어떻게 변하는지로 가린다. 산화제는 전자를 받아 자신은 환원되어 산화수가 감소하고, 환원제는 전자를 내주며 산화수가 증가한다. 그러므로 「산화제는 산화수가 증가한다」는 설명은 틀린 설명이다. PbO₂ + H₂O₂ → PbO + O₂ + H₂O 반응에서 납은 +4에서 +2로 줄어 PbO₂가 산화제이고, 과산화수소 속 산소는 -1에서 0으로 늘어 환원제다. 이산화황이 산화제로 작용하는 반응은 황의 산화수가 +4에서 0으로 감소하는 경우를 고르면 된다.
원소의 위치에 따른 산화력 경향도 문제로 나온다. 할로겐은 위로 갈수록 전기음성도가 크고 반지름이 작아 산화력이 강해져 F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂ 순이다. 금속은 활동성 순서에서 수소보다 아래에 있는 은처럼 묽은 산과 반응하지 못해 수소를 발생시키지 못한다. 구리는 묽은 질산과 반응해 일산화질소(NO)를 주로 내고 농축 질산에서는 이산화질소(NO₂)를 내며, 녹은 구리 이온 때문에 용액은 푸른색을 띤다.
산화제의 당량은 분자량을 전자 이동 수로 나눈다. 묽은 질산이 환원될 때 질소의 산화수는 +5에서 +2로 3만큼 감소하므로 당량은 63 ÷ 3 = 21이다. 과산화수소는 대표적인 강한 산화제로 무색이며 오존 특유의 냄새가 나고 비중이 약 1.5이며, 금속이나 수산화 이온에 의해 분해가 촉진되고 표백·살균에 쓰인다. 요오드화칼륨-녹말 종이에 과산화수소를 묻히면 요오드가 생성되어 종이가 푸른색으로 변한다.
재료에 나오는 문제는 산화수 변화를 추적해 역할을 묻는 보기가 중심이다. 반응식이 주어지면 먼저 문제로 삼은 물질의 산화수 변화 방향을 계산해, 감소면 산화제·증가면 환원제로 답한다. 당량 계산은 산화수 변화량을 분모에 넣어 분자량을 나누면 된다. 과산화수소의 성질을 묻는 보기에서 발색 반응(요오드화칼륨-녹말 → 푸른색)의 색을 '붉은색'으로 바꿔 놓은 선지가 오답이다.
다음 반응 중 수소를 발생하지 않는 반응은?
정답 ③ · 제시된 화학반응 중에서 수소 기체가 발생하지 않는 반응을 찾는 문제이다. 은은 이온화 경향이 수소보다 작기 때문에 묽은 황산과 같은 비산화성 산과 자발적으로 반응하지 않으며 수소 기체도 발생하지 않는다.
금속 활동성 순서와 산·염기 반응 특성을 고려할 때, 은은 묽은 산과 반응하지 않아 수소를 발생시키지 않는다.
다음의 할로겐 원소 중에서 산화제로 사용될 때 산화력이 가장 큰 원소는?
정답 ① · 할로젠 홑원소 물질들 중에서 다른 물질을 산화시키는 능력인 산화력이 가장 큰 원소를 묻는 문제이다. 할로젠 원소는 원자 번호가 작을수록 원자 반지름이 작고 전기음성도가 커서 전자를 얻어 음이온으로 환원되려는 경향이 매우 강하다.
할로겐 원소는 주기율표에서 위쪽으로 갈수록 전기음성도가 커지고 전자 친화도가 높아져 산화제(전자 받기)로서의 산화력이 강해진다.
이산화납과 과산화수소는 PbO2 + H2O2 → PbO + O2 + H2O 과 같이 반응하여 산소를 발생한다. 이 반응에 대한 설명이 옳은 것은?
정답 ④ · 주어진 산화환원 반응에서 산화제와 환원제의 역할을 묻는 문제이다. PbO2에서 Pb의 산화수는 +4에서 PbO의 +2로 감소하여 환원되었으므로 PbO2는 산화제로 작용한다.
PbO2의 Pb는 +4→+2로 환원되어 산화제, H2O2의 O는 -1→0로 산화되어 환원제이다.
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