개념 한 쪽
수질 분석에서 표준용액과 희석·중화 계산은 시험의 기초가 되는 절차이다. 표준 완충용액의 종류, 농도 단위 환산, 희석과 적정의 수식 적용 순서를 정확히 익혀야 한다. 본 개념은 상온 원칙, 농도 환산, 희석 공식과 중화 적정 계산의 핵심을 정리한다.
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출제기준 단원 「분석관련 용액제조」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 농도 단위 환산 비교 | 1 | 서로 다른 농도 단위를 통일하여 가장 묽은 용액을 가리기 |
| 희석 부피 계산 | 1 | 초기 농도와 부피로 희석 후의 최종 부피를 계산하기 |
| 중화 적정 농도 산출 | 1 | 비중과 퍼센트로 주어진 용액으로부터 노르말 농도를 구하고 적정하여 미지 농도 찾기 |
수질오염공정시험기준에서는 별도의 규정이 없는 한 모든 제반 시험 조작을 상온에서 실시하도록 정하고 있다. 상온은 실험실의 일반적인 온도를 의미하며 특별한 항온 조치가 요구되지 않으면 온도 조절 없이 진행한다는 원칙을 따른다.
농도 비교 문제에서는 서로 다른 단위를 통일하여 판단해야 한다. ppb는 ppm의 1/1000이며, μg/mL와 mg/L는 ppm과 동치라는 환산 관계를 이용하여 농도를 비교한다. 무게 백분율(w/w%) 계산은 용질 질량을 전체 용액 질량으로 나누어 구해야 한다.
희석 계산은 용질의 몰수(또는 당량)가 보존된다는 원리로 처리한다. 희석 공식 M1V1 = M2V2를 이용하여 초기 농도·부피와 목표 농도로부터 최종 부피를 산출한다. 농도가 몇 배 떨어지는지에 따라 최종 부피가 비례하여 결정된다는 점을 확인한다.
중화 적정에서는 당량 보존 법칙 N1V1f1 = N2V2f2를 사용한다. 정규도(N)와 부피(V), 필요시 factor(f)를 적용하여 산과 염기의 당량 평형을 세운 후 미지 농도를 계산한다. 용액의 퍼센트와 비중이 주어지면 이를 이용해 물질의 질량을 구하고 분자량으로 나누어 노르말 농도를 유도한다.
pH 보정용 표준 완충용액은 온도별로 특정 pH를 안정적으로 유지하는 시약을 의미한다. 대표적으로 pH 4.00은 프탈산수소칼륨 용액으로 표준 보정에 사용한다는 대응 관계를 기억해야 한다.
1) 정규도 동일한 중화에서 factor 계산 예시: 0.1N NaOH 30mL의 factor가 1.008이고 0.1N 옥살산 용액 30.12mL가 소비되었을 때 N₁V₁f₁ = N₂V₂f₂를 적용하면 V1·f1 = V2·f2가 되어 f2 = (30×1.008) / 30.12 ≈ 1.004임을 구한다. 이 계산은 정규도가 같을 때 부피와 factor의 곱이 같다는 사실을 이용한 풀이라고 정리한다.
2) 희석 계산 예시: 2M H2SO4 수용액 2L을 물로 희석하여 0.5M을 만들려면 M1V1 = M2V2를 적용하여 2×2 = 0.5×V2가 되고 V2 = 8L가 되어 최종 부피를 8L로 맞추면 된다는 방식으로 풀이한다.
다음에 표시된 농도중 가장 묽은 것은 ? (단, 용액의 비중은 모두 1이다.)
정답 ① · 비중이 1인 수용액에서 농도 단위를 통일하여 비교해야 합니다. 1번 180ppb는 0.18ppm, 2번 18μg/mL는 18ppm, 3번 18mg/L는 18ppm, 4번 1.8ppm은 1.8ppm입니다.
모든 농도 단위를 ppm으로 통일하면 180ppb는 0.18ppm으로 가장 작아 가장 묽은 용액입니다.
2M-H2SO4 수용액 2ℓ 에 물을 가하여 0.5M-H2SO4 수용액을 만들려고 한다. 용액의 부피를 몇 ℓ 로 하면 되는가?
정답 ③ · 묽히기 전과 후의 용액 속 황산(H2SO4)의 몰수는 보존됩니다. 이를 M1V1 = M2V2 공식으로 계산할 수 있습니다.
희석 전후 용질 몰수는 불변하므로 M1V1=M2V2 공식에 대입하여 최종 부피를 계산한다.
NaOH 용액 21.5㎖를 완전히 중화시키는데 비중이 1.1이고 20.2%인 HCl을 함유한 용액 25.5㎖를 소비하였다. NaOH의 노르말 농도는 ? (단, HCl의 분자량 36.47)
정답 ② · 중화 반응에서 산과 염기의 당량은 같습니다. 먼저 소비된 HCl 용액의 규정농도(N)를 계산합니다.
중화 반응의 당량 보존 법칙(N1V1=N2V2)을 적용하여 산의 노르말 농도를 먼저 구한 후 염기의 농도를 계산한다.
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