대학화학의 기초 제 13 판 제 7 장 화합물의 정량적 조성 1. 대학화학의 기초 제 13 판 7 장의 개요 7.1 몰 7.2 화합물의 몰질량 7.3 화합물의 조성 백분율 7.4 실험식과 분자식 7.5 실험식의 계산 7.6 실험식으로부터 분자식을 계산하는 방법 2.

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1 대학화학의 기초 제 13 판 제 7 장 화합물의 정량적 조성 1

2 대학화학의 기초 제 13 판 7 장의 개요 7.1 몰 7.2 화합물의 몰질량 7.3 화합물의 조성 백분율 7.4 실험식과 분자식 7.5 실험식의 계산 7.6 실험식으로부터 분자식을 계산하는 방법 2

3 대학화학의 기초 제 13 판 원자의 질량은 너무 작아서 일반 저울로는 측정을 할 수 없다. 수소 원자의 질량 = 1.673 x 10 -24 g 3 7.1 몰

4 대학화학의 기초 제 13 판 1 mol = 6.022 x 10 23 objects 6.022 x 10 23 is a very number 6.022 x 10 23 is Avogadro ’ s number 만약 만 명의 사람이 Avogadro 수를 셀 경우 각 사람이 매 분당 100 개의 수를 센다고 하면 Avogadro 수를 다 세는 데 걸리는 시간은 총 1 조 년이 넘게 걸린다. 4

5 대학화학의 기초 제 13 판 어떤 원소의 1 몰은 그 물질에 6.022 x 10 23 개의 입자를 가지고 있다. 어떤 원소의 그램으로 표시된 원자 질량은 원자 1 몰을 함유한다. 어떤 원소 1 몰의 원자 질량 ( g 으로 표시된 ) 은 정확히 12g 의 12 C 속에 있는 개수와 똑같은 수 ( Avogadro 수 ) 의 입자를 포함하고 있다. 5

6 대학화학의 기초 제 13 판 ExamplesExamples 화학종 양 H 원자수 H 1 mole 6.022 x 10 23 6

7 대학화학의 기초 제 13 판 화학종 양 H 2 분자수 H2H2 1 mole 6.022 x 10 23 7 Examples

8 대학화학의 기초 제 13 판 화학종 양 Na 원자수 Na 1 mole 6.022 x 10 23 8 Examples

9 대학화학의 기초 제 13 판 화학종 양 Fe 분자수 Fe 1 mole 6.022 x 10 23 9 Examples

10 대학화학의 기초 제 13 판 화학종 양 C 6 H 6 분자수 C6H6C6H6 1 mol 6.022 x 10 23 10 Examples

11 대학화학의 기초 제 13 판 1 몰의 원자 = 6.022 x 10 23 atoms 6.022 x 10 23 molecules 6.022 x 10 23 ions 1 몰의 분자 = 1 몰의 이온 = 11

12 대학화학의 기초 제 13 판 어떤 원소의 그램으로 표시된 몰질량을 원자 질량이라 한다. 그 원자 질량은 Avogadro 수의 원자를 포함한다. 원소원자 질량몰질량원자 개수 H1.008 amu1.008 g6.022 x 10 23 Mg24.31 amu24.31 g6.022 x 10 23 Na22.99 amu22.99 g6.022 x 10 23 12

13 대학화학의 기초 제 13 판 ProblemsProblems 13

14 철 (Fe) 25g 에는 몇 몰의 철이 들어 있는가 ? Fe 원자 질량 = 55.85 환산 : grams Fe → moles Fe 몰과 그램 사이의 환산 인자를 사용하여 계산식을 세운다 14

15 대학화학의 기초 제 13 판 철 (Fe) 40g 에는 얼마나 많은 원자들이 함유되어 있는가 ? Fe 원자 질량 = 55.85 환산 : 그램 Fe → Fe 원자수 원자수와 그램 사이의 환산 인자를 사용하여 계산식을 세운다. 15

16 대학화학의 기초 제 13 판 Na 몰 질량 = 22.99 g 환산 : atoms Na → grams Na 소듐 (Na) 원자 3.01 x 10 23 개의 질량은 얼마인가 ? 원자수와 몰질량과의 환산 인자를 이용하여 계산한다. 16

17 대학화학의 기초 제 13 판 tin 원자 질량 = 118.7 0.365 moles 주석 (tin) 의 질량은 얼마인가 ? 환산 : moles Sn → grams Sn 그램과 원자수 사이의 환산 인자를 이용하여 구한다. 17

18 대학화학의 기초 제 13 판 환산 : moles O 2 → molecules O → atoms O 2.00 mol 의 산소 분자에는 몇 개의 산소 원자가 있는가 ? 두 개의 환산 인자가 필요하다 : 18

19 대학화학의 기초 제 13 판 화합물의 몰질량은 화학식에 있는 모든 원자의 몰질량을 더함으로써 결정할 수 있다. 2 C = 2(12.01 g) = 24.02 g 6 H = 6(1.01 g) = 6.06 g 1 O = 1(16.00 g) = 16.00 g 46.08 g C 2 H 6 O 의 몰질량 계산 19 7.2 화합물의 몰질량

20 대학화학의 기초 제 13 판 1 Li = 1(6.94 g) = 6.94 g 1 Cl = 1(35.45 g) = 35.45 g 4 O = 4(16.00 g) = 64.00 g 106.39 g LiClO 4 의 몰질량 계산 20

21 대학화학의 기초 제 13 판 (NH 4 ) 3 PO 4 의 몰질량 계산 3 N = 3(14.01 g) = 42.03 g 12 H = 12(1.01 g) = 12.12 g 1 P = 1(30.97 g) = 30.97 g 4 O = 4(16.00 g) = 64.00 g 149.12 g 21

22 대학화학의 기초 제 13 판 몰의 정의로부터, 어떤 원소의 그램으로 표시된 원자 질량은 원자 1 몰을 함유한다는 것을 알 수 있다. 몰이란 단어는 화학에서 원자나 분자라는 단어처럼 흔히 사용된다. 1 몰의 원자, 분자, 이온, 전자란 이들 입자가 Avogadro 수만큼 있음을 의미한다. 22

23 대학화학의 기초 제 13 판 Avogadro’s Number of Particles 6 x 10 23 Particles Molar Mass 1 MOLE 23

24 대학화학의 기초 제 13 판 1 MOLE Ca Avogadro’s Number of Ca atoms 6 x 10 23 Ca atoms 40.078 g Ca 24

25 대학화학의 기초 제 13 판 1 MOLE H 2 O 18.02 g H 2 O Avogadro’s Number of H 2 O molecules 6 x 10 23 H 2 O molecules 25

26 대학화학의 기초 제 13 판 HClHCl 6.022 x 10 23 개의 H 원자 6.022 x 10 23 개의 Cl 원자 6.022 x 10 23 개의 HCl 분자 1 mol 의 H 원자 1 mol 의 Cl 원자 1 mol 의 HCl 분자 1.008 g 의 H35.45 g 의 Cl36.46 g 의 HCl 1 몰질량의 H 원자 1 몰질량의 Cl 원자 1 몰질량의 HCl 분자 1mol 의 H 와 1mol 의 Cl 이 결합하면 1mol 의 HCl 이 생성된다. 26

27 대학화학의 기초 제 13 판 이원자 원소 (H 2, O 2, N 2, F 2, Cl 2, Br 2, I 2 ) 를 다룰 때, 1mol 의 원자와 1mol 의 분자를 구별하는 데 각별한 주의가 필요 27

28 대학화학의 기초 제 13 판 수소 원자 1 mol 의 몰질량을 계산하라. 1 H = 1(1.01 g) = 1.01 g 수소 분자 1 mol 의 몰질량을 계산하라. 2 H = 2(1.01 g) = 2.02 g 28

29 대학화학의 기초 제 13 판 Problems 29

30 대학화학의 기초 제 13 판 벤젠 (C 6 H 6 )390.0 grams 에는 몇 몰의 벤젠이 들어 있는가 ? 환산 : grams C 6 H 6 → moles C 6 H 6 벤젠의 몰질량 = 78.12 g. 30

31 대학화학의 기초 제 13 판 인산 암모늄 (NH 4 ) 3 PO 4 2.52 moles 에는 몇 g 의 (NH 4 ) 3 PO 4 이 들어 있는가 ? 환산 : moles (NH 4 ) 3 PO 4 → grams (NH 4 ) 3 PO 4 인산암모늄 (NH 4 ) 3 PO 4 의 몰질량 = 149.12 g. 31

32 대학화학의 기초 제 13 판 56.04 g 의 N 2 에는 몇 개의 N 2 분자가 있는가 ? N 2 의몰질량 = 28.02 g. 환산 : g N 2 → moles N 2 → molecules N 2 환산인자를 이용하여, 32

33 대학화학의 기초 제 13 판 화합물의 조성 백분율 33

34 대학화학의 기초 제 13 판 화합물의 조성 백분율 (Percent composition of a compound) 은 화합물에서 각 원소의 질량 백분율이다. H2OH2O 11.19% H by mass88.79% O by mass 34

35 대학화학의 기초 제 13 판 화학식을 이용한 조성 백분율 35

36 대학화학의 기초 제 13 판 만약 화학식을 안다면 조성백분율을 구하기 위해 두 단계를 거쳐야 한다. 1. 몰질량을 계산한다. 2. 화학식의 각 원소의 총 질량을 몰질량으로 나눈 뒤, 100 을 곱한다. 36

37 대학화학의 기초 제 13 판 1. H 2 S 의 몰질량을 계산 2 H = 2 x 1.01g = 2.02 g 1 S = 1 x 32.07 g = 32.07 g 34.09 g H 2 S 의 조성 백분율을 계산하라. 37

38 대학화학의 기초 제 13 판 H 2 S 의 조성 백분율을 계산하라. 2. 각 원소의 총질량을 몰질량으로 나눈 뒤, 100 을 곱한다. H 5.93% S 94.07% 38

39 대학화학의 기초 제 13 판 실험자료를 이용한 조성 백분율 39

40 대학화학의 기초 제 13 판 조성 백분율은 화합물의 화학식을 알지 못해도 실험 자료를 이용하여 계산할 수 있다. 1. 생성된 화합물의 질량을 계산한다. 2. 각 원소의 질량을 화합물의 총 질량으로 나누고, 100 을 곱한다. 40

41 대학화학의 기초 제 13 판 1. 화합물의 총 질량 계산 1.52 g N 3.47 g O 4.99 g N 과 O 로 이루어진 화합물은 1.52 g 의 질소와 3.47 g 의 산소를 함유한다. 백분율 조성을 계산하라. = 생성물의 총 질량 41

42 대학화학의 기초 제 13 판 2. 각 원소의 질량을 총 질량으로 나누고, 100 을 곱한다. N 30.5% O 69.5% 42

43 대학화학의 기초 제 13 판 실험식과 분자식 43

44 대학화학의 기초 제 13 판 실험식 (The empirical formula) 또는 가장 간단한 화학식은 화합물에 존재하는 원자의 가장 작은 정수비를 나타낸다. 화학식은 화합물에 들어 있는 각 원소의 상대적인 원자수를 나타낸다. 44

45 대학화학의 기초 제 13 판 분자식은 (molecular formula) 화합물의 한 개의 분자에 존재하는 각 원소의 원자 총 수를 나타내는 진정한 화학식이다. 둘 또는 그 이상의 물질이 서로 다른 화합물일지라도 같은 조성 백분율을 가질 수 있다. 45

46 대학화학의 기초 제 13 판 Examples 46

47 대학화학의 기초 제 13 판 C2H4C2H4 분자식 CH 2 화학식 C:H 1:2 가장 작은 정수비 47

48 대학화학의 기초 제 13 판 C6H6C6H6 CH C:H 1:1 분자식 화학식 가장 작은 정수비 48

49 대학화학의 기초 제 13 판 H2O2H2O2 HO H:O 1:1 분자식 화학식 가장 작은 정수비 49

50 대학화학의 기초 제 13 판 50

51 51

52 실험식의 계산 52

53 대학화학의 기초 제 13 판 1. 만약 화합물의 양이 주어지지 않았다면 100.0g 으로 가정하고, 각 원소의 질량을 그램으로 나타낸다. 2. 각 원소의 그램을 각 원소의 몰질량을 사용하여 몰로 환산한다. 환산된 몰수는 대개 정수가 되지 않는다. 53

54 대학화학의 기초 제 13 판 3. 단계 2 에서 얻은 각각의 값들을 가장 작은 값으로 나눈다. – 얻어진 수가 정수이면, 이 정수를 실험식의 아래첨자로 사용한다. – 정수가 얻어지지 않는다면 단계 4 를 진행한다. 54

55 대학화학의 기초 제 13 판 4. 단계 3 에서 얻은 값에 정수로 환산시킬 수 있는 가장 작은 정수를 곱한다. 얻어진 정수를 실험식의 아래첨자로 사용한다. FeO 1.5 Fe 1 x 2 O 1.5 x 2 Fe 2 O 3 55

56 대학화학의 기초 제 13 판 많은 계산에서 계산값은 정확한 정수에서 벗어날 수 있다. – 정수에서 ±0.1 이하로 벗어나는 계산값은 가장 가까운 정수로 반올림한다. 2.9 33 – 약 0.1 보다 큰 편차는 계산해서 얻은 비를 모두 정수로 만들기 위해서 어떤 인자를 곱해야 함을 의미한다. 56

57 대학화학의 기초 제 13 판 흔히 쓰이는 분수와 그의 소수값 분수 소수값 0.333… 0.25 0.5 0.666… 정수값 1 1 2 1 3 소수값에 분수의 분모에 있는 수를 곱하면 정수가 된다. 0.75 57

58 대학화학의 기초 제 13 판 Problems 58

59 대학화학의 기초 제 13 판 어떤 염을 분석한 결과, 이 염은 포타슘 56.58% potassium(K) 탄소 8.68% carbon (C) 산소 34.73% oxygen (O) 를 함유하고 있다. 이 물질의 실험식을 계산 1. 각 원소의 백분율을 g 으로 환산. 화합물을 100 g 으로 가정 K = 56.58 g C = 8.68 g O = 34.73 g 59

60 대학화학의 기초 제 13 판 2. 각 원소의 상대적인 몰수를 구한다. C 가 가장 작은 몰수를 가진다. 60

61 대학화학의 기초 제 13 판 3. 각 몰수를 가장 작은 몰수로 나눈다. The simplest ratio of K:C:O is 2:1:3 Empirical formula K 2 CO 3 C 가 가장 작은 몰수를 가진다. 61

62 대학화학의 기초 제 13 판 화합물의 백분율 조성은 질소 nitrogen (N) 25.94%, 산소 oxygen (O) 74.06%. 이 물질의 실험식을 계산 1. 각 원소의 백분율을 g 으로 환산. 화합물을 100g 으로 가정. N = 25.94 g O = 74.06 g 62

63 대학화학의 기초 제 13 판 2. 각 원소의 g 을 몰로 변환. 63

64 대학화학의 기초 제 13 판 3. 몰수를 가장 작은 몰수로 나눔. 정수의 비가 아님. 64

65 대학화학의 기초 제 13 판 4. 각각의 값에 가장 작은 정수 2 를 곱함. Empirical formula N 2 O 5 N: (1.000)2 = 2.000 O: (2.500)2 = 5.000 65

66 대학화학의 기초 제 13 판 실험식으로부터 분자식을 계산하는 방법 66

67 대학화학의 기초 제 13 판 몰질량을 안다면 분자식은 실험식으로부터 계산할 수 있다. 분자식은 실험식과 같거나 몇 배를 한 것이다.. 분자식을 결정하기 위해서는 n 값을 구해야 한다. n 은 분자식에 포함되어 있는 실험식 단위의 개수이다. 67

68 대학화학의 기초 제 13 판 실험식이 CH 2 이고 몰질량이 126.2 g 인 화합물의 분자식을 구하시오. 분자식은 (CH 2 ) 9 = C 9 H 18 실험식 단위의 개수 (n) 를 구한다. CH 2 각 원소의 질량을 계산. 1 C = 1(12.01 g) = 12.01g 2 H = 2(1.01 g) = 2.02g 14.03g 68

69 대학화학의 기초 제 13 판 69