대학화학의 기초 제 13 판 제 8 장 화학 반응식 1. 대학화학의 기초 제 13 판 8 장의 개요 8.1 화학 반응식 8.2 화학 반응식 쓰기와 균형 맞추기 8.3 화학 반응식이 주는 정보 8.4 화학 반응식의 유형 8.5 화학 반응식에서의 열 8.6 지구 온난화 현상.

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1 대학화학의 기초 제 13 판 제 8 장 화학 반응식 1

2 대학화학의 기초 제 13 판 8 장의 개요 8.1 화학 반응식 8.2 화학 반응식 쓰기와 균형 맞추기 8.3 화학 반응식이 주는 정보 8.4 화학 반응식의 유형 8.5 화학 반응식에서의 열 8.6 지구 온난화 현상 : 온실 효과 2

3 대학화학의 기초 제 13 판 3 1. 반응을 요약하여 보여 주며 2. 반응하는 물질이 무엇인지 보여 주고 3. 반응생성물이 무엇인지 알려주며 4. 반응에 참여하는 모든 성분의 양을 알려준다. 화학자는 실험실이나 자연에서 관측한 반응들을 묘사하기 위해 화학 반응식을 이용한다. 화학 반응식은

4 대학화학의 기초 제 13 판 8.1 화학 반응식 화학 반응은 항상 변화를 수반한다. 원자, 분자, 또는 이온들은 자신들을 다시 배열하여 새로운 물질을 만들어 낸다. 화학 반응에서 반응에 처음 들어가는 물질을 반응물 (reactant) 이라 한다. 반응에 의해 새로 형성되는 물질을 생성물 (product) 이라 한다. 반응이 일어나는 동안 화학 결합들이 끊어지고 새로운 결합물들이 생긴다. 4

5 대학화학의 기초 제 13 판 화학 반응식은 화학 반응을 표현하기 위하여, 반응물과 생성물을 화학 기호와 화학식으로 나타내며, 아울러 다른 상징적 용어들도 사용한다. 화학 반응식은 화학 변화나 화학 반응을 요약해서 표현한 것이다. 5

6 대학화학의 기초 제 13 판 반응물생성물 Al + Fe 2 O 3  Fe + Al 2 O 3 화학 반응식 (Chemical Equation) Iron - oxygen bonds break Aluminum - oxygen bonds form 철 - 산소 결합 끊어짐 알루미늄 - 산소 결합 형성6

7 대학화학의 기초 제 13 판 계수 ( 정수 ) 는 물질들 앞에 놓는데, 이는 반응식의 균형을 맞추거나 반응물이나 생성물의 단위 ( 원자, 분자, 몰, 이온 ) 수를 나타낸다. Al + Fe 2 O 3  Fe + Al 2 O 3 Coefficient ( 계수 ) 2 2 7

8 대학화학의 기초 제 13 판 반응이 진행되기 위해 요구되는 조건이 있다면 화살표나 등호의 위나 아래에 표시한다. Al + Fe 2 O 3  Fe + Al 2 O 3 coefficient 2 2   heat 8

9 대학화학의 기초 제 13 판 - 물질의 물리적 상태는 다음과 같은 기호로 표시한다. (s) : 고체 상태 (l) : 액체 상태 (g) : 기체 상태 (aq) : 수용액 상태 2Al(s) + Fe 2 O 3 (s)  2Fe(l) + Al 2 O 3 (s) 반응물에 존재하는 모든 원자들은 생성물에도 존재해야 한다. 화학 반응에서 원자들은 새로 만들어지지 않으며, 또한 파괴되지도 않는다. 9

10 대학화학의 기초 제 13 판 10

11 8.2 화학 반응식 쓰기와 균형 맞추기 반응식의 균형을 맞추는 방법은 각 원소의 원자수를 조정하여 반응식 양쪽에 같은 수의 원자가 존재하도록 만들면 된다. 균형을 맞추기 위해 올바른 화학식이 바뀌는 일은 없어야 한다. 반응의 정량적인 관계를 표현하기 위해서 화학 반응식의 균형을 맞추어야 한다. 균형 맟춘 반응식에서 식의 양쪽에 있는 각 원소의 원자수는 같다 ( 질량 보존 법칙 만족 ). 11

12 대학화학의 기초 제 13 판 반응식의 균형을 맞추는 일반적인 과정 1. 무슨 반응인지 알아낸다. 반응을 서술하거나 단어로 된 반응식으로 적는다. 산화 수은 (II) 가 분해되어 수은과 산소를 만드는 반응. 산화 수은 (II) → 수은 + 산소 12

13 대학화학의 기초 제 13 판 HgO  Hg + O 2 – 각 물질의 화학식이 맞는지 확인. – 반응물은 화살표 왼쪽에, 생성물은 오른쪽에 적었는지 확인. 2. 균형이 맞지 않는 반응식 ( 골격 반응식 ) 을 쓴다. 반응물과 생성물의 반응식은 절대로 변하지 않는다. 13

14 대학화학의 기초 제 13 판 3a. 반응의 균형식을 맞춘다. – 양쪽에 있는 각각의 원소들의 원자수를 세어 보고 비교해 본다. – 균형을 맞추어야 할 원소를 정한다. HgO → Hg + O 2 – 반응물과 생성물에 각각 하나의 수은이 존재. – 수은은 균형이 맞는다. Element Reactant Side Product Side Hg 1 1 14

15 대학화학의 기초 제 13 판 Element Reactant Side Product Side O 1 2 – 산소는 반응물에 한 개 생성물에 두 개 존재. – 산소는 균형을 맞추어야 한다. HgO  Hg + O 2 3a. 15

16 대학화학의 기초 제 13 판 – 균형이 맞지 않는 원소를 포함하고 있는 화학식 앞에 정수 ( 계수 ) 를 적어 넣어 각 원소 별로 한 번에 하나씩 균형을 맞춘다. – 화학식 앞에 오는 계수는 화학식 안에 있는 각 원자를 그 숫자로 곱하게 한다. 3b. 16

17 대학화학의 기초 제 13 판 Element Reactant Side Product Side O 1 2  산소는 균형이 맞는다. 산소의 균형을 맞추기 위해 HgO 앞에 계수 2 를 붙인다.  산소는 반응물에 두 개 생성물에 두 개의 산소가 존재. HgO  Hg + O 2 2 2 3b. 17

18 대학화학의 기초 제 13 판 각각의 원소의 균형을 맞추었으면 다른 모든 원소들은 어떤지 확인해 보아야 한다. 이는 한 원소를 균형 맞출 때 다른 원소의 균형이 깨질 수 있기 때문이다. 필요하면 다시 조정한다. 3b. 18

19 대학화학의 기초 제 13 판 Element Reactant Side Product Side Hg 2 1 반응식 양쪽의 수은 원자수를 비교하고 세어본다. 2HgO  Hg + O 2  수은은 반응물에 두 개, 생성물에 한 개 존재. 3c. 19  수은은 균형이 맞지 않는다.

20 대학화학의 기초 제 13 판 2HgO  Hg + O 2 수은의 균형을 맞추기 위해 Hg 앞에 계수 2 를 붙인다.  수은은 균형이 맞는다.  수은은 반응물에 두 개, 생성물에 두 개 존재 Element Reactant Side Product Side Hg 2 1 2 2 3c. 20

21 대학화학의 기초 제 13 판 2HgO  2Hg + O 2 Element Reactant Side Product Side Hg 2 2 O 2 2  균형 맞춘 화학 반응식  21

22 대학화학의 기초 제 13 판 황산 + 수산화 소듐 → 황산 소듐 + 물 Balance the Equation Na 는 반응물에 한 개, 생성물에 두 개 존재. Reactant Side Product Side SO 4 11 Na12 O1 1 H3 2 2 H 2 SO 4 (aq) + NaOH(aq) → Na 2 SO 4 (aq) + H 2 O(l) Na 의 균형을 맞추기 위해 NaOH 앞에 계수 2 를 놓는다. 2 4 2 22

23 대학화학의 기초 제 13 판 H 2 SO 4 (aq) + NaOH(aq) → Na 2 SO 4 (aq) + H 2 O(l) H 는 반응물에 네 개, 생성물에 두 개 존재. Reactant Side Product Side SO 4 11 Na22 O2 1 H4 2 2 H 의 균형을 맞추기 위해 H 2 O 앞에 계수 2 를 놓는다. 2 2 4  균형 맞춘 화학 반응식  23

24 대학화학의 기초 제 13 판 뷰테인 + 산소 → 이산화 탄소 + 물 Balance the Equation C 4 H 10 (g) + O 2 (g) → CO 2 (g) + H 2 O(l) 탄소는 반응물에 네 개, 생성물에 한 개 존재 Reactant Side Product Side C 41 H102 O 2 3 4 C 의 균형을 맞추기 위해 CO 2 앞에 4 를 놓는다. 9 4 24

25 대학화학의 기초 제 13 판 C 4 H 10 (g) + O 2 (g) → CO 2 (g) + H 2 O(l) 수소는 반응물에 10 개, 생성물에 두 개 존재. Reactant Side Product Side C 44 H102 O 2 9 H 의 균형을 맞추기 위해 H 2 O 앞에 5 를 놓는다. 4 5 10 13 25

26 대학화학의 기초 제 13 판 C 4 H 10 (g) + O 2 (g) → 4CO 2 (g) + 5 H 2 O(l) 산소의 균형을 맞추려 할 때, 균형을 맞추기 위해 O 2 앞에 붙일 정수가 존재하지 않는다. Reactant Side Product Side C 4 4 H1010 O 2 13 각 물질들의 계수를 2 로 곱한 후 산소의 균형을 맞춘다. 20 10 8 8 26 28 1026

27 대학화학의 기초 제 13 판 생성물에 산소가 26 개 존재. Reactant Side Product Side C 8 8 H2020 O 2 26 13 산소의 균형을 맞추기 위해 O 2 앞에 13 을 놓는다. 26  균형 맞춘 화학 반응식  C 4 H 10 (g) + O 2 (g) → CO 2 (g) + H 2 O(l) 2 810 27

28 대학화학의 기초 제 13 판 8.3 화학 반응식이 주는 정보 화학식은 그것이 사용되는 특정 문맥에 따라 다른 의미를 지닐 수 있다. 화학식 H 2 O 는 다음을 의미한다 : – 두 개의 H 원자와 한 개의 O 원자 –1 분자의 물 –1 mol 의 물 –6.022 x 10 23 개의 물분자 –18.02 g 의 물 28

29 대학화학의 기초 제 13 판 화학 반응식에 사용되는 화학식은 화학적 개체의 수를 나타내기도 하고, 또는 몰수를 나타내기도 한다. H2H2 +Cl 2 2HCl→ 수소 1 분자염소 1 분자염산 2 분자 수소 1 몰염소 1 몰염산 2 몰29

30 대학화학의 기초 제 13 판 Formulas Number of molecules Number of atoms Number of moles Molar masses 30

31 대학화학의 기초 제 13 판 8.4 화학 반응식의 유형 결합 (Combination) 분해 (Decomposition) 단일 치환 (Single-Displacement) 이중 치환 (Double-Displacement) 31

32 대학화학의 기초 제 13 판 결합 반응 A + B  AB 두 가지 반응물이 결합하여 한 가지 생성물을 만든다. 32

33 대학화학의 기초 제 13 판 Examples 33

34 대학화학의 기초 제 13 판 2Ca(s) + O 2 (g)  2CaO(s) 금속 + 산소 → 금속 산화물 4Al(s) + 3O 2 (g)  2Al 2 O 3 (s) 34

35 대학화학의 기초 제 13 판 S(s) + O 2 (g)  SO 2 (g) 비금속 + 산소 → 비금속 산화물 N 2 (g) + O 2 (g)  2NO(g) 35

36 대학화학의 기초 제 13 판 2K(s) + F 2 (g)  2KF(s) 금속 + 비금속 → 염 2Al(s) + 3Cl 2 (g)  2AlCl 3 (s) 36

37 대학화학의 기초 제 13 판 Na 2 O(s) + H 2 O(l)  2NaOH(aq) 금속 산화물 + 물 → 금속 수산화물 CaO(s) + 2H 2 O(l)  Ca(OH) 2 (aq) 37

38 대학화학의 기초 제 13 판 SO 3 (g) + H 2 O(l)  H 2 SO 4 (aq) 비금속 산화물 + 물 → 산소산 N 2 O 5 (g) + H 2 O(l)  2HNO 3 (aq) 38

39 대학화학의 기초 제 13 판 분해 반응 AB  A + B 단일 물질이 분해되어 두 가지 이상의 다른 물질을 만든다. 39

40 대학화학의 기초 제 13 판 Examples 40

41 대학화학의 기초 제 13 판 2Ag 2 O(s)  4Ag(s) + O 2 (g) 금속 산화물 → 금속 + 산소 금속 산화물 → 금속 산화물 + 산소 2PbO 2 (s)  2PbO(s) + O 2 (g)41

42 대학화학의 기초 제 13 판 탄산염 → CO 2 (g) CaCO 3 (s)  CaO(s) + CO 2 (g) 2NaHCO 3 (s)  Na 2 CO 3 (s) + H 2 O(g) + CO 2 (g) 탄산수소염 → CO 2 (g) 42

43 대학화학의 기초 제 13 판 다양한 반응들 2KClO 3 (s)  2KCl(s) + O 2 (g) 2NaNO 3 (s)  2NaNO 2 (s) + O 2 (g) 2H 2 O 2 (l)  2H 2 O(l) + O 2 (g)43

44 대학화학의 기초 제 13 판 단일 치환 반응 A + BC  AC + B 한 원소가 화합물과 반응하여 그 화합물의 한 원소를 치환하여 다른 원소와 다른 화합물을 생성한다. 44

45 대학화학의 기초 제 13 판 Mg(s) + HCl(aq)  H 2 (g) + MgCl 2 (aq) 2Al(s) + 3H 2 SO 4 (aq)  3H 2 (g) + Al 2 (SO 4 ) 3 (aq) 염 금속 + 산 → 수소 + 염 염 45

46 대학화학의 기초 제 13 판 Na(s) + 2H 2 O(l)  H 2 (g) + NaOH(aq) Ca(s) + 2H 2 O(l)  H 2 (g) + Ca(OH) 2 (aq) 금속 + 물 → 수소 + 금속 수산화물 금속 수산화물 46

47 대학화학의 기초 제 13 판 금속 + 물 → 수소 + 금속 산화물 금속 산화물 Fe(s) + 4H 2 O(g)  4H 2 (g) + Fe 3 O 4 (s)47

48 대학화학의 기초 제 13 판 활동도 서열 Metals K Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Ag Hg 활동도 서열에 있는 원소의 원자들은 자신보다 밑에 위치한 원소의 원자를 치환할 수 있다. 소듐은 자신보다 아래에 있는 원소의 원자를 치환할 수 있다. increasing activity 48

49 대학화학의 기초 제 13 판 Examples 금속의 활동도 서열 49

50 대학화학의 기초 제 13 판 Mg(s) + PbS(s)  MgS(s) + Pb(s) 활동도 서열에서 자신보다 아래에 있는 금속을 치환할 수 있다. 마그네슘은 활동도 서열에서 납보다 위에 위치한다. Metals Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb 50

51 대학화학의 기초 제 13 판 Ag(s) + CuCl 2 (s)  no reaction 활동도 서열에서 자신보다 위에 있는 금속과는 치환되지 못한다. Metals Pb H Cu Ag Hg 은 (Ag) 은 활동도 서열에서 구리보다 아래에 있다.51

52 대학화학의 기초 제 13 판 Example 할로젠 활동도 서열 52

53 대학화학의 기초 제 13 판 Cl 2 (g) + CaBr 2 (s)  CaCl 2 (aq) + Br 2 (aq) 활동도 서열에서 자신보다 아래에 있는 할로젠을 치환할 수 있다. Halogens F 2 Cl 2 Br 2 I 2 염소는 활동도 서열에서 브로민보다 위에 위치한다.53

54 대학화학의 기초 제 13 판 이중 치환 반응 AB + CD  AD + BC 두 화합물이 서로 간에 짝을 바꾸어서 두 개의 다른 화합물을 만든다. 이 반응은 양이온들과 음이온들이 상호 교환되는 것으로 생각하면 된다. A 는 D 와 결합하고 C 는 B 와 결합한다. 54

55 대학화학의 기초 제 13 판 이중 치환 반응에서 수반되는 반응들 침전물의 형성 기포의 발생 열의 발생 물의 형성 55

56 대학화학의 기초 제 13 판 Examples 56

57 대학화학의 기초 제 13 판 산과 염기의 중화 반응 HCl(aq) + NaOH(aq)  NaCl(aq) + H 2 O(l) H 2 SO 4 (aq) + 2NaOH(aq)  Na 2 SO 4 (aq) + 2H 2 O(l) 산 + 염기 → 염 + 물 57

58 대학화학의 기초 제 13 판 녹지 않는 침전물의 형성 AgNO 3 (aq) + NaCl(aq)  AgCl(s) + NaNO 3 (aq) Pb(NO 3 ) 2 (aq) + 2KI(aq)  PbI 2 (s) + 2KNO 3 (aq) 58

59 대학화학의 기초 제 13 판 금속 산화물 + 산 CuO(s) + 2HNO 3 (aq)  Cu(NO 3 ) 2 (aq) + H 2 O(l) CaO(s) + 2HCl(aq)  CaCl 2 (s) + H 2 O(l) 금속 산화물 + 산 → 염 + 물 59

60 대학화학의 기초 제 13 판 기체 형성 H 2 SO 4 (aq) + 2NaCN(aq)  Na 2 SO 4 (aq) + 2HCN(g) NH 4 Cl(aq) + NaOH(aq)  NaCl(aq) + NH 4 OH(aq) NH 4 OH(aq)  NH 3 (g) + H 2 O(l) 간접적으로 기체 형성 60

61 대학화학의 기초 제 13 판 8.5 화학 반응에서의 열 화학 반응에는 항상 에너지 변화가 따른다. 반응이 일어나는 한가지 이유는 생성물이 반응물보다도 더 낮고, 더욱 안정한 에너지 상태를 취하기 때문이다. 반응에 의해 좀 더 안정한 상태에 도달하게 되면 에너지는 열 ( 또는 일 ) 의 형태로 주위로 방출된다. 61

62 대학화학의 기초 제 13 판 H 2 (g) + Cl 2 (g) → 2HCl(g) + 185 kJ (exothermic) N 2 (g) + O 2 (g) + 185 kJ → 2NO(g) (endothermic) 방출된 열을 반응식의 일부분으로 표현할 때 물질은 몰 단위로 표현된다. 1 mol 2 mol 1 mol 2 mol 발열 반응은 열을 방출한다. 흡열 반응은 열을 흡수한다. 62

63 대학화학의 기초 제 13 판 지구상의 생명체에 에너지를 주로 공급해 주는 것은 태양이다. 녹색 식물들의 광합성 반응에 필요한 빛 에너지들은 태양으로 부터 얻어진다. glucose 6CO 2 + 6H 2 O + 2519 kJ → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 63

64 대학화학의 기초 제 13 판 활성화 에너지 반응이 일어나기 위해서는 특정한 양의 에너지가 요구되어 진다. 화학 반응을 시작하기 위해 공급되어야 하는 에너지의 양을 활성화 에너지라고 한다. 위의 반응에서 활성화 에너지가 공급되지 않는다면 이 반응은 일어나지 않는다. 활성화 에너지는 불티나 불꽃으로부터 얻을 수 있다. 6CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2 H 2 O + 890 kJ 64

65 대학화학의 기초 제 13 판 65

66 8.6 지구 온난화 현상 : 온실 효과 이산화 탄소의 대기 속 농도는 매년 증가하고 있다. 이산화 탄소를 포함한 온실 기체들은 지구 밖으로 배출되는 일부의 열에너지를 흡수함으로써, 대기 온도를 상승시킨다. 66

67 대학화학의 기초 제 13 판 67