개념 한 쪽
포집한 시료는 분석 목적에 맞게 적절히 처리해야 정확한 결과를 얻는다. 용매 추출용 매체 선택, 중화와 몰수 계산, 흡착된 물질의 탈착, 농도 단위 변환, 흡광도 해석 등 기본 원리를 이해하고 실무에 적용해야 한다.
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출제기준 단원 「포집시료의 처리방법」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 용매 선택 원리 판단 | 1 | 추출 용매의 선택 기준과 비중 차이의 영향 파악 |
| 중화 적정 부피 계산 | 1 | 당량수 보존으로 필요한 중화제 부피 계산 |
| 분석법 분류 판단 | 1 | 중량분석과 부피분석의 구별 근거 제시 |
용매 추출법은 혼합물에서 원하는 성분을 다른 용매로 옮겨 분리하는 방법이다. 추출 용매는 추출하려는 성분을 잘 용해시키고 수층과 잘 섞이지 않아 층을 이루어야 한다. 층 분리를 위해서는 두 액체의 비중 차이가 충분히 커야 하므로 비중차가 적으면 분리와 추출 효율이 떨어진다.
중화 반응에서는 산과 염기의 당량수가 같아지는 원리를 이용한다. 당량수 보존 법칙을 적용하여 필요한 중화제의 부피를 계산하므로, 시료의 물질량을 몰수나 당량수로 환산하는 과정이 핵심이다. 1가 물질은 몰수와 당량수가 같다는 점을 유의한다.
흡광광도법에서는 투과도와 흡광도의 관계를 이용해 시료 농도를 판정한다. 흡광도 A는 A = -log10(T)로 정의되며, 투과도가 0.5이면 흡광도는 약 0.301이다. 이런 상용로그 관계를 알고 있으면 흡광도 관련 문제를 빠르게 해결할 수 있다.
활성탄에 흡착된 비극성 물질의 탈착에는 비극성 용매를 사용해야 한다. 비극성 물질 탈착의 표준 용매로는 이황화탄소가 널리 쓰인다는 점을 기억한다. 또한 공기 중 유해물질의 ppm과 % 사이의 변환은 단순한 자리 이동으로 처리한다(1% = 10,000 ppm).
검출한계(LOD)와 정량한계(LOQ)를 구분해야 한다. 일반적으로 정량한계는 검출한계의 약 10배로 보고 정량 가능 여부를 판단한다.
대표 계산 1 — 중화 반응 부피 계산: 수산화나트륨 4.0g을 물 0.5L에 녹인 용액을 2N-HCl로 중화할 때 필요한 HCl 부피를 계산한다. NaOH의 분자량은 40이므로 4.0g은 0.1몰이 된다. NaOH는 1가 염기이므로 당량수도 0.1당량이다. HCl 농도는 2N이므로 필요한 부피는 0.1당량 ÷ 2당량/L = 0.05L = 50mL이다. 이 과정은 당량수 보존 법칙을 적용하여 해결한다.
대표 계산 2 — 채취 시료의 ppm 계산: 아세톤이 포함된 공기를 분당 0.2 L의 유속으로 40분 동안 흡인하여 얻은 시료에서 아세톤 5.2mg이 검출되었을 때의 공기중 농도를 구한다. 채취 공기량은 0.2L/분 × 40분 = 8L이다. ppm 변환 공식 ppm = (물질량(mg) × 24.45) / (분자량 × 채취공기량(L))을 적용하면 (5.2 × 24.45) / (58.2 × 8) ≈ 273ppm이 된다. 계산 순서는 채취량 먼저, 공식 대입 순으로 처리한다.
용매 추출법에 있어서 추출 용매의 선택에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?
정답 ③ · 문제는 용매 추출법에서 추출용매 선택과 관련하여 옳지 않은 조건을 찾는 것이다. 용매는 대상 금속이온의 회수가 쉽고 추출된 물질이 용매 중에서 화학적으로 안정하며 수층과 명확히 분리되도록 비중 차이가 커야 한다.
용매 추출 시 수층과 용매층의 분리를 위해선 비중 차이가 커야 하므로 비중차가 적은 것은 옳지 않다.
수산화나트륨 4.0g을 0.5ℓ의 물에 녹여 2N-HCl 용액으로 중화시키는데 소요되는 부피는 몇 ㎖ 나 되는가? (단, NaOH의 분자량은 40)
정답 ② · 문제는 NaOH 4.0g을 0.5L에 녹였을 때 이를 2N HCl로 완전히 중화시키는 데 필요한 HCl의 부피를 구하는 것이다. 먼저 NaOH 몰수를 구하면 4.0g ÷ 40 g·mol⁻¹ = 0.10 mol이다.
중화 반응에서 당량수는 같으므로, NaOH의 당량수를 구한 후 HCl의 부피를 계산하면 50mL가 된다.
중량분석방법으로 가장 거리가 먼 것은?
정답 ② · 문제는 중량분석법에 해당하지 않는 방법을 고르는 것이다. 중량분석은 분석물의 질량 변화를 직접 측정하는 기법으로 침전법, 전해법, 용매추출법 등이 여기에 해당한다.
중량분석은 물질의 질량 변화를 측정하므로, 산화환원 반응 자체를 직접 측정하는 적정법은 거리가 멀다.
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