4장 수용액 반응 4.1 수용액의 일반적인 성질 4.2 침전 반응 4.3 산-염기와 중화 반응 4.4 산화-환원 반응 4.5 용액의 농도 4.6 용액의 화학량론과 화학 분석

4.1 수용액의 일반적인 성질 전해질의 성질 수용액 중 이온 결합 화합물 (그림 4.2) 전해질 (electrolyte) : NaCl과 같이 수용액이 이온을 포함하여 전기를 전도하는 물질 비전해질(nonelectroyte) : 용액에서 이온을 생성하지 않는 설탕 (C12H22O11) 과 같은 물질 수용액 중 이온 결합 화합물 용매화 (solvation) -이온 결합 화합물이 녹으면 이온은 H2O 분자로 둘러싸인다. -표기  Na＋(aq) , Cl－(aq) -용액 중 이온을 안정하게 만들고, 양이온과 음이온의 재결합을 방지한다.

물에서의 분자 화합물 강전해질과 약전해질 대부분의 분자 화합물은 비전해질이다. (설탕, 메탄올) 이온 형성하는 분자물질 : 산 HCl(g)  HCl(aq) H+(aq) + Cl-(aq) 강전해질과 약전해질 강전해질 (strong electrolyte) 용액에서 완전히 또는 거의 완전히 이온으로 존재 NaCl, HCl, NaOH HCl(aq) H+(aq) + Cl-(aq) 약전해질 (weakelectrolyte) 분자 화합물이 녹아 적은 농도의 이온을 생성 CH3COOH, NH3 CH3COOH(aq)  CH3COO-(aq) + H+(aq) 99% 1%

4.2 침전 반응 침전 반응(precipitation reaction) : 불용성 생성물의 반응 Pb(NO3)2(aq) + 2KI(aq)  PbI2(s) + 2KNO3(aq) 이온 결합 화합물의 용해도 규칙 용해도 (solubility) : 일정한 온도에서 일정한 용매량에 녹는 물질의 양 불용성 : 0.01 mol/L 이하의 용해도를 갖는 물질 반대 전하 간 인력은, 이온을 분리하려는 물 분자 보다 훨씬 크다 용해도 규칙 : 실험적 관찰 (표 4.1) 항상 녹는 이온 : NO3-, 1A족 금속, NH4+

침전예측 NO3- Cl- SO42- OH- CO32-, S2- PO43- Na+,K+,NH4+ Mg2+,Ca2+,Ba2+ 침전 (Br-,l- ) SO42- OH- CO32-, S2- PO43- Na+,K+,NH4+ Mg2+,Ca2+,Ba2+ BaSO4 Mg(OH)2 Al(OH)3 침전 Transition metal AgCl (Hg22+,Pb2+)

Na2CO3 + PbSO4  Mg(NO3)2 + NaOH  교환 (복분해) 반응 양이온과 음이온이 상호 교환 상대로 나타나는 반응 AX + BY  AY + BX AgNO3 (aq) + KCl(aq)  AgCl(s) + KNO3 (aq) 복분해 반응의 균형 어떤 이온이 존재하는지 결정 한 반응물의 양이온과 다른 반응물의 음이온을 결합 생성물의 물에 대한 용해도를 점검 반응식의 균형을 맞춘다.

이온 반응식 분자 반응식 Pb(NO3)2(aq) + 2KI(aq)  PbI2(s) + 2KNO3(aq) 완전 이온 반응식(complete ion equation) Pb2+ (aq) + 2NO3- (aq) + 2K+ (aq) + 2I- (aq)  PbI2(s) + 2K+ (aq) + 2NO3- (aq) 구경꾼 이온 : 완전 이온 반응식의 반응물과 생성물의 양쪽 에 동일한 형태로 나타나는 이온들 알짜 이온 반응식 : 구경꾼 이온을 반응식에서 생략 Pb2+ (aq) + 2I- (aq)  PbI2(s) 알짜 이온 반응식을 쓰기 분자 반응식  강전해질만 이온 형태  구경꾼 이온 제거

4.3 산-염기와 중화 반응 산 이온화하여 수소 이온을 생성 양성자 주개(proton donor) 일양성자산 : HCl 이양성자산 : H2SO4(일차 해리만 완전히 일어남) CH3COOH 에서 COOH의 H만 해리 염기 H＋ 이온을 받는 물질 물에 용해되어 수산화 이온 (hydroxide, OH－) 을 생성 NaOH, KOH, Ca(OH)2 NH3 약전해질, 약염기

강산, 약산과 강염기, 약염기 강전해질과 약전해질의 확인 강산과 강염기 : 용액에서 완전히 해리되는 강전해질의 산과 염기 (표 4.2) 강염기 가용성(1족, 2족) 수산화물 약산과 약염기 : 일부만 해리되는 약전해질의 산과 염기 산의 반응성은 음이온에도 의존 강전해질과 약전해질의 확인 (예제 4.7) CH3COOH+Ba(OH)2의 알짜 이온 반응식 주화학종 찾기 CH3COOH(aq)+OH-(aq)  CH3COO- (aq)+H2O(l)

기체 생성을 위한 중화 반응 HCl(aq)+Na2S(aq)  H2S(g)+2NaCl(aq) 2H+(aq) + S2-(aq)  H2S(g) HCl(aq) + NaHCO3(aq)  NaCl(aq) +H2CO3(aq) H2CO3(aq)  H2O(l) + CO2(g) HCl(aq) + NaHCO3(aq)  NaCl(aq) + H2O(l) + CO2(g) H+(aq) + HCO3- (aq)  H2O(l) + CO2(g)

4.4 산화-환원 반응 산화와 환원 산화 : 물질에 의해 전자를 잃는 것 환원 : 물질이 전자를 얻는 것 2Ca(s)+O2(g)2CaO(s) CaCa2＋:산화, O2O2－:환원 산화수 원소 형태의 산화수 0 H2, P4, Ca, Na 2. 단원자 이온의 산화수이온 전하 K＋;＋1, S2－;－2 1족;+1, 2족;+2, 3족;+3 3. O ; -2 (과산화물; O22－ ; -1) H ; 비금속과 결합 +1, 금속과 결합 -1 F ; -1 (17족 ;-1, O와 결합; +산화수) 4. 중성 분자 중 모든 원자의 산화수의 합계는 0이다. 다원자 이온의 산화수의 합계는 이온 전하와 같다 H3O+ ;+1

(예제 4.8) 황의 산화수의 결정 H2S, (b) S8, (c) SCl2, (d) Na2SO3, (e) SO4 2－ 산과 염에 의한 금속의 산화 금속+산(또는 금속 염) 사이의 반응 A + BX  AX +B  치환 반응 Mg(s) + 2HCl(aq)  MgCl2(aq) + H2 (g) 0 +1 -1 +2 -1 0 알짜이온 반응식 : Mg(s) + 2H+(aq)  Mg2+ (aq) + H2 (g) (예제 4.9) 알루미늄+브로민화수소산 ; 분자 반응식, 알짜 이온 반응식 Al(s) + HBr(aq)  AlBr3(aq) + H2(g)

활동도 계열 (표 4.5) 수용액 중 금속의 활동도 계열 산화되는 용이성이 감소하는 순서에 따라 나열 1족, 2족 : 쉽게 산화되며, 빠르게 반응하여 화합물을 생성  활성 금속 아래쪽에 위치한 금속들 : 매우 안정하고, 쉽게 화합물을 만 들지 않는다 - 어떤 금속이든, 그 금속 아래에 위치한 원소의 이온에 의해 산화 Cu(s) + 2Ag+(aq)  Cu2+ (aq) + 2Ag(s) - 수소보다 위에 있는 금속들만, 산과 반응하여 H2를 생성 Ni(s) +2HCl(aq)  NiCl2(aq) + H2 (g)

4.5 용액의 농도 몰농도 전해질의 농도 표시 용액 1 L에 는 용질의 몰수로 정의 몰농도 = 용질의 몰수(mol)/용액의 부피(L) (예제 4.11) 23.4g Na2SO4 + 125mL용액  mol농도? Na2SO4몰수= 23.4gx(1mol/142g)=0.165mol Mol농도=0.165mol/0.125L=1.32M 전해질의 농도 표시 1.0 M NaCl  1.0 M Na＋+ 1.0 M Cl－ 1.0 M Na2SO4  2.0 M Na＋+ 1.0 M SO42－

몰농도, 몰, 부피의 상호변환 묽힘 (예제 4.13) 0.500M Na2SO4 0.350L  ?g Na2SO4 mol수 =0.350Lx(0.500mol/L)=0.175mol Na2SO4 g 수= 0.175molx(142g/mol)=24.9g 묽힘 진한 상태 [stock soln]로 구입하거나 조제묽힘 1.00 M CuSO4  0.100 M CuSO4 0.2500 L 희석 전 용질의 몰수 ＝ 희석 후 용질의 몰수 묽은 용액 CuSO4 몰수=0.2500Lx(0.100mol/L)=0.0250mol 필요한 진한용액 부피=0.0250molx(1L/1.00mol)=0.02500L M진한 ×V진한 ＝M묽은 ×V묽은 (1.00 M) (V진한) ＝ (0.100 M) (250 mL)

4.6 용액의 화학량론과 화학 분석 (예제 4.15) 25.0 mL 0.100 M HNO3 용액을 중화  ?g Ca(OH)2 HNO3 몰수  화학 양론(화학식)  Ca(OH)2g수 HNO3 몰수=0.0250Lx(0.1mol/L)=0.000250mol 2HNO3(aq)+Ca(OH)2(s)2H2O(l)+Ca(NO3)2(aq) 2mol 1mol Ca(OH)2g수 1molCa(OH)2 74.1gCa(OH)2 =0.000250molHNO3x ---------------- x --------------- =0.0926gCa(OH)2 2molHNO3 1molCa(OH)2

적정 용액에서 각 용질의 농도를 결정하기 표준 용액(standard solution)을 이용하여 적정 (titration) 당량점 (equivalent point) 표준 용액을 미지 농도의 용액 속에 있는 용질과 화학량론적으로 동일한 양을 사용한 점 (예제 4.16) 45.7 mL 0.500 M H2SO4 20.0 mL NaOH( ?M) H2SO4 몰수  NaOH몰수(화학식)  NaOH몰농도 H2SO4 몰수 1L 0.500mol = 45.7 mL x ------------ x --------------- = 0.0228 mol 1000mL 1L

H2SO4(aq)+2NaOH(aq)  2H2O(l) + Na2SO4(aq) 1mol 2mol NaOH 몰수=0 H2SO4(aq)+2NaOH(aq)  2H2O(l) + Na2SO4(aq) 1mol 2mol NaOH 몰수=0.0228molH2SO4x(2molNaOH/1molH2SO4) = 0.0456mol NaOH 0.0456mol NaOH (M)= -------------- =2.28M 0.0200L