개념 한 쪽
물질수지 문제는 용액 제조와 약품 투입 계산, 산화환원 당량과 몰비를 이용한 요구량 산출을 다룬다. 당량농도, 몰농도, 분자량과 원자가(또는 전자 이동수)를 정확히 적용하면 정답을 도출할 수 있다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기 회원용
가입 없이 오늘의 10문제 바로 풀기 →
출제기준 단원 「물질수지」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 당량농도에 의한 용액 제조 | 1 | 당량수 계산과 분자량·원자가 적용으로 필요한 시약 질량 구하기 |
| 산소 제거 약품량 계산 | 1 | 용존산소 총량을 몰수로 환산해 반응 계수비로 필요한 Na2SO3 질량 산출하기 |
| 산화환원 당량 계산 | 1 | 전자 이동수로 분자량을 나누어 gram 당량을 구하기 |
물질수지에서는 먼저 주어진 농도와 부피로 당량수 또는 몰수를 구하는 과정을 거친다. 당량농도(N)는 1리터당 당량 수를 나타내므로 당량수는 농도에 부피를 곱하여 구한다. 당량은 일반적으로 분자량을 원자가(또는 전자 이동수)로 나눈 값으로 구한다는 원리를 적용한다.
용액 제조 문제는 당량수 또는 몰수에서 출발해 분자량과 원자가(또는 전자수)를 적용하여 필요한 질량을 계산한다. 예를 들어 2가 이온인 염의 경우 분자량을 2로 나누어 1당량 질량을 얻는다. KMnO4와 같이 산화환원 반응에서는 반응 조건에 따라 전자 이동수가 달라지므로 당량수를 상황에 맞게 선택해야 한다.
산소 제거제나 박테리아 산화와 같이 반응식의 계수비를 이용하는 문제는 먼저 총량을 질량 또는 몰수로 환산한 뒤 계수비에 따라 필요한 반응물의 몰수 또는 질량을 결정한다. 박테리아 경험식(C5H7O2N) 관련 문제에서는 화학량론으로부터 유도된 질량비나 산소 소모비를 이용해 산소 요구량을 계산한다.
단위 변환 규칙도 핵심이다. 몰농도(M)를 ppm으로 바꿀 때는 M × 분자량 × 1000 공식을 사용하고, 퍼센트 농도는 g/L로 환산한 뒤 분자량으로 나누어 몰농도로 전환한다. 계산 과정에서 원자가나 전자 수, 분자량, 부피 단위 변환을 누락하지 않는 것이 중요하다.
예시 1 — 당량농도에 의한 용액 제조: BaCl2·2H2O의 분자량이 244.48이고 Ba가 2가 이온일 때, 0.1N의 500mL 용액을 만들려면 당량수 0.1×0.5=0.05Eq를 구하고 당량 질량 244.48÷2=122.24g/Eq를 곱해 0.05×122.24≈6.11g을 필요로 한다.
예시 2 — 화학량론적 반응 적용: 용존산소 9.2mg/L인 1000L의 산소 총량은 9.2g이고, 반응식 2Na2SO3 + O2 → 2Na2SO4에서 산소 1몰당 Na2SO3 2몰이 필요하므로 산소 몰수를 환산해 계수비를 적용하면 약 72.45g의 Na2SO3가 요구된다는 계산 과정을 따른다.
BaCl2 0.1N 농도 500mL를 만드는데 소요되는 BaCl2· 2H2O량은? (단, BaCl2· 2H2O 분자량은 244.48)
정답 ① · 규정농도(N)와 부피를 바탕으로 필요한 시약의 양을 계산하는 문제입니다. 0.1N 용액 500mL를 만들기 위한 당량수는 0.1 × 0.5 = 0.05당량입니다.
용액 제조 시 필요한 질량은 '당량농도×부피×당량'으로 계산하며, BaCl2의 원자가는 2입니다.
용량 1000L인 물의 용존산소 농도가 9.2mg/ℓ 인 경우, Na2SO3로 물속의 용존산소를 완전히 제거 하려고 한다. 필요한 이론적 Na2SO3의 양은? (단, Na원자량: 23)
정답 ① · Na₂SO₃가 용존산소(O₂)와 반응하여 제거하는 반응식은 2Na₂SO₃ + O₂ → 2Na₂SO₄입니다. 1000L 물에 있는 산소의 양은 9.2g입니다.
용존산소 9.2g을 몰수로 환산한 뒤, 반응식 계수비에 따라 아황산나트륨의 몰수를 구하고 질량을 계산하면 72.45g이 된다.
KMnO4의 gram 당량은 얼마인가? (단 KMnO4 분자량 = 158)
정답 ② · 문항은 KMnO4의 gram 당량을 묻고 있으며 이는 분자량을 반응에 관여하는 전자수로 나눈 값으로 정의된다. 산성 조건에서 KMnO4의 Mn은 +7에서 +2로 환원되어 5개의 전자를 얻으므로 당량은 158÷5=31.6 g/당량이다.
KMnO4는 산화제로서 Mn의 산화수가 +7에서 +2로 5만큼 감소하므로 전자 5개를 얻어, 분자량 158을 5로 나눈 31.6이 정답이다.
수질환경산업기사 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.