[고등화학1] "양이온수 / 음이온수 (중화반응)" 자료를 대하는 법 : 3편

"양이온수 / 음이온수" 자료를 어떻게 바라보아야 할까요?

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2편에 이은 3편입니다.

 

[2편 바로가기]

[고등화학1] "양이온수 / 음이온수 (중화반응)" 자료를 대하는 법 : 2편

 

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‘양이온수 /  음이온수‘ 자료가 나오면 한가지 개념을 떠올려야 합니다.


혼합용액에 들어있는 총 전하량의 합은 0이기 때문에, 양이온의 총 전하량 합과 음이온의 총 전하량 합은 같아야 하겠습니다.


문제하나를 살펴보겠습니다.


어떻게 음이온수 비율을 이용해나가는 지 초점을 맞추면 좋을 것 같습니다.


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수용액 A~C 는 0.8M H2X, yM YOH, zM Z(OH)2 중 하나입니다.


(가) 과정에서는 수용액 A 10mL에 수용액 B VmL를 혼합하고, 그 다음 수용액 C 5mL를 혼합하였습니다.


(나) 과정에서는 수용액 B VmL에 수용액 C 5mL를 혼합하고, 그 다음 수용액 A 10mL를 혼합하였습니다.


(가)에서 용액(A+B)와 용액(A+B+C)에 존재하는 모든 이온의 몰 농도(M)의 합의 비는 용액(A+B) : 용액(A+B+C) = 4 : 3 입니다.


(나)에서 용액(B+C)와 용액(A+B+C)에 존재하는 모든 이온의 몰 농도(M)의 합의 비는 용액(B+C) : 용액(A+B+C) = 5 : 3 입니다.


용액의 ‘음이온수/양이온수’ 는 다음과 같습니다.

[고등화학1] "양이온수 / 음이온수 (중화반응)" 자료를 대하는 법 : 2편

 

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우선 용액(A+B)의 ‘음이온수/양이온수’ 가 1/2 이기 위해서는 A,B 중에 H2X가 있어야 합니다.


용액(B+C)의 ‘음이온수/양이온수’가 2/3 인데, 만약 B,C가 모두 염기라면


음이온의 평균전하량은 -1이므로, 양이온의 평균전하량은 2/3이여야 합니다.


그런데, 평균전하량이 1보다 작을 수는 없으므로, 모순입니다.


따라서, B가 H2X, A가 YOH, C가 Z(OH)2 이여야 합니다.


이때, A가 YOH인 이유는 용액(A+B)의 ‘음이온수/양이온수’ 가 1/2로 유지될 수 있어야 하기 때문입니다.


용액(B+C)의 ‘음이온수/양이온수’ 2/3 에 대해 좀 더 생각해봅시다.


만약, 용액(B+C)가 중성이였다면, 정확히 ’음이온수/양이온수‘는 1이 됩니다.


2/3는 1보다 작기 때문에, 액성은 산성이 되어야 할 것입니다.


따라서, 음이온의 평균전하량은 -2로 고정되고, 양이온의 평균전하량은 4/3이 되어야 합니다.


평균전하량이 4/3이 되기 위해서는 +1와 +2의 비율이 2 : 1 이여야 합니다.


H2X가 2개, Z(OH)2가 1개 있다고 생각해주면 될 것 입니다.


이제 모든 이온의 몰농도합에 대해 생각해봅시다.


용액(A+B)의 모든 이온의 몰수는 6개 입니다. 용액(B+C)의 모든 이온의 몰수는 5개입니다.


몰농도 비율이 4 : 5 이기 때문에, 부피비는 3 : 2가 되어 V = 5mL가 됩니다.


따라서 실제로는 H2X가 4개 있으므로, Z(OH)2도 2개 있다고 생각해줍시다.


용액(B+C)와 용액(A+B+C)의 몰농도 비율이 5 : 3 인데, 부피비는 1 : 2 이므로 몰 수비는 5 : 6이 됩니다.


임의로 놓은 개수 기준으로 하면 용액(B+C)에 들어있는 실제 몰수도 10개입니다.


따라서, 용액 A에는 용액(B+C)를 염기성으로 만들면서 2개의 이온이 추가되어야 하기 때문에, YOH 10mL에는 5개가 있습니다.


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이 문제에서는 ’음이온수/양이온수‘ 자료를 통해 혼합용액의 액성파악, 이온수 비율을 알아낼 수 있었습니다.


감사합니다.