[화1] 중화반응 팁(1/2)

안녕하세요 수능 화학 강사 김동준입니다

좋은말씀 전하러 왔...

이번에는 중화반응 팁으로 돌아왔습니다

9평 전까지 중화반응 주요 팁 2가지를 올려드리고

9평 이후엔 평가원 분석강의로 찾아뵐 예정입니다

킬러 특성상 어려운 방식을 체득하면 풀이속도가 

빨라지는 장점이 있지만 체득이 어려울 수 있고

쉬운 방식으로 풀게 되면 체득은 쉬운데 

풀이속도가 느려지는 단점이 있습니다

중화반응은 크게 중화점 전과 후로 나뉠텐데

기울기나 이온 그래프 등을 이용한 방식 등으로

전체적인 해석이 가능하겠지만

일반적인 경우 살짝 허들이 있다고 판단이 되어서

이번 칼럼에서는 중화점까지를 기준으로

적당한 난이도의 팁을 알려드리려고 합니다

이런 방식도 있구나 하면서 봐주시면 감사하겠습니다

첫 번째 팁은 첨가물의 가수에 따른 이온수 변화입니다

아시다시피 교육과정이 바뀐 이후에 

2가 산과 2가 염기가 등장했고

1가와 더불어 2가 혹은 3가도 나올 수 있다는

생각으로 대비를 하는 것이 좋겠습니다

먼저 1가 산 HA를 염기성 용액에 첨가하는 경우,

HA의 알짜이온 H⁺(양이온)과 구경꾼 이온 A^-(음이온)

비율이 1:1이기 때문에 H⁺이 원래 들어있던 OH^-이온과

중화반응을 하면서 음이온인 OH^-이온을 하나 없애고

대신 A^- 음이온이 하나 추가되는 것을 알 수 있습니다

양이온 입장에서는 뭔가 들어오긴 하는데 바로 중화반응으로

사라지고 음이온 입장에서도 OH^-가 없어지긴 하는데 

A^-이온이 들어오므로 전체 이온 수 변화가 없습니다

1가 염기를 산성 용액에 첨가하는 경우는 반대로

생각해볼 수 있고 중화점까지 이온 수 변화가 없습니다

-> 1가 산이나 1가 염기를 첨가하는 경우,

 중화점까지 이온 수 변화 없음

이때 원래 들어있던 산성 용액이나 염기성 용액의 가수와는

상관없이 첨가하는 산/염기의 가수가 이온 수 변화에 

영향을 미치게 된다는 점을 알고 있으면 좋습니다

첨가되는 산이 1가이기만 하면 OH^- 1개가 사라지고

산의 구경꾼 이온 (음이온)이 1개 추가되기 때문에

전체 이온 수 변화가 없기 때문이죠

-> 2가에 1가를 넣든 3가에 1가를 넣든

 중화점까지 이온 수 일정

2가 산 H₂B를 염기성 용액에 첨가하는 경우는 

분자 1개당 H⁺이 2개씩 나오므로 음이온인 OH^-도 2개씩 

중화반응으로 사라지는데 B^2- 음이온은 1개만 들어가므로

중화점까지 전체 음이온이 1개씩 감소하게 됩니다

-> 2가 산을 첨가하는 경우, 중화점까지 음이온 수가

 첨가한 2가 산 분자 수만큼 감소 (양이온은 일정)

2가 염기가 산성 용액에 첨가되는 경우는 반대로

생각해볼 수 있고 다만 이때는 OH^-이 H⁺이온을 2개씩

감소시키고 염기 구경꾼 이온(양이온)은 1개만 들어가므로

중화점까지 양이온 수가 1개씩 감소하게 됩니다

-> 2가 염기를 첨가하는 경우, 중화점까지 양이온 수가

 첨가한 2가 염기 수만큼 감소 (음이온은 일정)

3가 산 H₃C를 염기성 용액에 첨가하는 경우는 

분자 1개당 H⁺이 3개씩 나오므로 음이온인 OH^-도 3개씩 

중화반응으로 사라지는데 C^3- 음이온은 1개만 들어가므로

중화점까지 전체 음이온이 2개씩 감소하게 됩니다

-> 3가 산을 첨가하는 경우, 중화점까지 음이온 수가

 첨가한 (3가 산 분자 수)x2 만큼 감소 (양이온은 일정)

3가 염기 역시 반대로 생각해볼 수 있고 

중화점까지 양이온 수가 2씩 감소하게 됩니다

-> 3가 염기를 첨가하는 경우, 중화점까지 양이온 수가

 첨가한 (3가 염기 수)x2 만큼 감소 (음이온은 일정)

간단하게 정리하면, 

1가 들어가면 중화점까지 이온수 일정

2가/3가 들어가면 이온수 감소인데

산이 들어가면 음이온 수 감소

염기가 들어가면 양이온 수 감소

입니다

그럼 문제에 적용해볼까요

21학년도 9평 화1 20번 문항입니다

일단 NaOH 10ml의 모든 이온 몰농도 합이 1M이므로

NaOH의 몰농도는 0.5M이라는 것을 알 수 있습니다

첨가되는 산이 1가와 2가이므로 1가 산이 첨가되는 경우엔

중화점까지 이온수가 일정하고 2가 산이 첨가되는 경우엔

중화점까지 전체이온수(또는 음이온수)가 2가 산 분자수만큼

감소한다는 것을 떠올리면 되겠습니다

(나)에서 산이 V, 3V 들어갔을 때 몰농도 합이 같으므로 

V일 때 액성은 염기성입니다

(몇가가 들어가든 중화점까지 전체 이온의 몰농도는

감소해야하는데 같은 지점을 지날 수 없죠)

(다)에서도 a가 3/5보다 작다는 조건이 붙어있으므로

감소하는 중이라고 파악할 수 있고 역시 V일 때 

액성은 염기성이 됩니다

같은 몰농도의 HA와 H₂B가 각각 V만큼 들어간 상황에서 

HA쪽의 전체 이온 몰농도 변화는 이온수 일정, 부피 증가

H₂B쪽은 이온수 감소, 부피 증가 이므로

전체 이온의 몰농도는 H₂B가 더 많이 감소하게 되고 

따라서 (나)가 H₂B, (다)가 HA입니다

(다)는 1가 산 첨가라 이온수 일정해야 하므로

1M x 10ml = (3/5)M x (10+V)ml, V=(20/3)ml이고

V를 이용해서 (나)에서 감소한 이온수를 계산하면

1M x 10ml – (1/2)M x (10 + 20/3)ml = 5/3이므로

첨가한 H₂B의 분자수가 5/3이라는 것을 알 수 있습니다

따라서 H₂B의 몰농도 x=(5/3)/(20/3)=0.25M

HA와 H₂B의 몰농도는 같으므로

y는 0.5M NaOH 10ml + 0.25M HA 20ml(=3V)인

상황이라 중화점이고 전체 이온수는 일정한데 

부피가 3배가 되었으니 전체 이온 몰농도 y=(1/3)M 입니다

여기서 HA와 H₂B의 몰농도인 x를 구할 때

H₂B가 3V 들어간 지점으로 구해볼 수도 있는데

관점을 살짝 바꿔서 H₂B 3V(=20ml)에 NaOH 10ml가

들어가는 것으로 생각해보면 되겠습니다

1가 첨가이므로 이온수 변화는 없고

전체 이온수가 곧 H₂B 20ml의 이온수 이므로

(1/2)M x (20+10)ml = 15 이고

2가 산은 이온이 3개씩 나오므로 분자수는 15/3=5

따라서 x=5/20=0.25M 입니다

이처럼 액성에 따라서 생각하는 방식을 살짝 바꿔보면

중화점까지만 생각해도 해결이 가능할 수 있겠습니다

상황에 따라선 조금 더 편한 방식이 될 수도 있으니

연습해보시면 도움이 되지 않을까 합니다

두 번째로 22학년도 6평 화1 20번 문항입니다

2가 산에 2종류의 염기를 넣어서 비커 Ⅲ이 중성이므로

비커 Ⅰ,Ⅱ는 둘 다 산성입니다

비커 Ⅰ,Ⅱ에서 음이온 수와 양이온 수 비율 변화가 없으므로

1가 염기 YOH가 첨가되었고 1가 첨가이므로 이온수 일정,

∴ 8 x (V+5) = 5 x (V+20), V=20ml 입니다

초기 상태 0.3M H₂X 20ml의  = 이므로

2가 염기 첨가시 양이온 수 감소 (음이온 수 일정)을 이용하면

비커 Ⅰ의   =  이고 

양이온 수가 2가 염기 수만큼 감소했으므로 a=2/5=0.4M이고

0.3M H₂X 20ml + 0.4M Z(OH)₂ 5ml + 0.4M YOH 15+5ml인

상태가 중성이므로 x=5ml 입니다

펼쳐서 설명하느라 길어지긴 했는데 핵심은 전체 이온수 혹은

양이온 수, 음이온 수 변화이므로 첨가하는 산 또는 염기를

기준으로 판단하는 법을 연습해보시면 되겠습니다

그럼 곧 다음 팁에서 뵙겠습니다 읽어주셔서 감사합니다!