개념 한 쪽
염은 산과 염기의 중화 반응으로 만들어지는 물질이다. 위험물산업기사에서는 산성염·염기성염의 구분, 염을 만드는 반응의 종류, 중화 농도 계산이 출제된다.
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출제기준 단원 「염」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 염 종류 묶음 판별 | 1 | 산성염끼리 묶인 보기 고르기 |
| 염 생성 반응 판정 | 1 | 염을 만드는 반응식이 아닌 것 고르기 |
| 가수분해 pH 계산 | 1 | 약염 용액의 pH 값 계산 |
염은 금속 이온(양이온)과 산성 이온(음이온)이 결합한 물질로, 중화 반응 외에도 금속과 산의 반응, 금속 산화물과 산의 반응으로 만들어진다. 염산과 수산화나트륨의 중화로 NaCl이, 아연과 황산의 반응으로 ZnSO₄가, 산화마그네슘과 황산의 반응으로 MgSO₄가 각각 생성된다. 산화구리가 수소에 의해 구리로 환원되는 산화환원 반응은 물만 만들 뿐 염을 만들지 않는다.
염은 남아 있는 이온으로 종류를 가린다. 산성염은 다산성산의 수소 이온이 일부만 치환된 염으로서 황산수소나트륨(NaHSO₄)이나 탄산수소칼슘(Ca(HCO₃)₂)처럼 음이온 쪽에 수소가 남아 있다. 염기성염은 Ca(OH)Cl, Cu(OH)Cl처럼 양이온 쪽에 수산화기가 남아 있다. 화학식에서 H가 음이온에 붙어 있으면 산성염, OH가 양이온에 붙어 있으면 염기성염으로 읽으면 된다. 염화칼슘처럼 강산과 강염기가 중화해 만들어진 염은 중성인 경우가 많다.
약염의 가수분해 계산 문제도 나온다. 염화암모늄(NH₄Cl)은 약염기의 염으로 가수분해되어 산성을 띠며, Ka = Kw/Kb로 산 해리 상수를 구한 뒤 pH = -log√(Ka·C)로 계산한다. 중화 반응에서는 산과 염기의 당량수가 같다는 원리로 N₁V₁ = N₂V₂를 쓴다. 농도를 모르는 염산 100mL를 중화하는 데 0.2N NaOH 250mL가 들었다면 염산의 농도는 0.2 × 250 ÷ 100 = 0.5N이다.
산화물의 분류도 염의 생성과 이어진다. 염기성 산화물의 대표는 CaO로 물과 반응해 수산화칼슘을 만들고, 금속 산화물이 대부분 여기에 속한다. ZnO와 Al₂O₃는 산과 염기 모두와 반응하는 양성 산화물이고, CO₂ 같은 비금속 산화물은 산성 산화물이다. 염기가 될 수 있는 조건은 수소 이온을 받아들이거나, 수산화 이온을 내놓거나, 비공유 전자쌍을 가지는 것이다. 물에 녹아 H₃O⁺를 내놓는 것은 산의 특성이다. 유기물 중에서는 아미노기를 가진 아닐린(C₆H₅NH₂)이 질소 원자의 비공유 전자쌍으로 수소 이온을 받아 염기로 작용하고, 니트로벤젠·페놀·톨루엔은 그렇지 못하다.
시험은 염의 종류와 생성 반응을 묻는 보기로 나온다. '산성염만으로 묶인 것'은 NaHSO₄, Ca(HCO₃)₂가 들어간 보기이고, '염을 만들지 않는 반응'은 산화환원 반응(CuO + H₂ → Cu + H₂O)이다. 농도 계산은 N₁V₁ = N₂V₂에 바로 대입하고, 염기 농도로 pH를 구할 때는 pOH를 먼저 구한 뒤 14에서 뺀다. 0.0016N 염기는 pOH가 약 2.8이므로 pH 11.2가 된다.
다음 중 산성염 만으로 묶인 것은?
정답 ① · 산성염은 다산성산(산성도 수소를 2개 이상 가짐)의 수소 일부가 금속 등으로 치환된 염을 말합니다. NaHSO4(황산수소나트륨)와 Ca(HCO3)2(탄산수소칼슘)는 모두 산성염에 해당합니다.
산성염은 다산성산의 수소가 일부만 치환된 염으로, NaHSO4와 Ca(HCO3)2가 해당된다.
다음 중 염(salt)을 만드는 화학반응식이 아닌 것은?
정답 ③ · 제시된 화학 반응식 중 염이 생성되지 않는 반응을 고르는 문제이다. 1번과 4번은 산과 염기가 반응하여 염과 물을 생성하는 전형적인 중화 반응을 나타낸다.
염(salt) 생성 반응은 중화, 금속-산, 금속산화물-산 반응 등이며, 산화환원 반응만으로 염이 생성되지 않는 경우를 찾아야 한다.
0.1M 염화암모늄 용액의 pH는? (단, NH3의 Kb= 1.76× 10-5)
정답 ③ · 이 문제는 약염기와 강산의 염인 염화암모늄 수용액의 가수분해 평형을 통해 수소 이온 농도 지수를 구하는 계산 문제이다. 염화암모늄이 물에 녹으면 암모늄 이온이 가수분해되어 산성을 띠며, 이때 암모늄 이온의 산 해리 상수 값은 물의 이온화 상수 10의 마이너스 14승을 주어진 암모니아의 염기 해리 상수로 나눈 값인 5.68 곱하기 10의 마이너스 10승이다.
약산의 염인 염화암모늄 용액의 pH는 약산 해리 상수를 이용해 계산한다.
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