게시판 > 질답게시판 > 수용액의 농도계산과 상태

스테파노 Stefano

10-04-06 15:09

(0) 화학수식에서 MgCl(aq)는 MgCl2가 되어야 맞습니다.

A1) 첫 질문에서 인용한 화학식을 다시 고쳐써보면
2AgNO3(aq)+MgCl2(aq)→Mg(NO3)2(aq)+2AgCl(s) ...................(1)
와 같고 실험방법은 질산은 용액(20mL)에 염화마그네슘 용액(20mL)를 넣어 반응하고 있습니다.

위의 화학반응은 2몰의 질산은과 1몰의 염화마그네슘이 반응하기 때문에, 질산은과 염화마그네슘 각각 같은부피 20mL씩 넣어 모두 반응하여 남는 것이 없다고 하면 질산의 몰농도가 마그네슘의 몰농도의 2배가 될 것입니다. 몰농도로는 그렇지만 실제의 화학반응은 같은 당량끼리 반응합니다.

20 mL 질산은 용액의 몰농도 = M1, 20 mL 염화마그네슘의 몰농도 = M2

20mL에 들어 있는AgNO2 총 몰수, m1 = 20 mL * M1 (g-mol/L) * [L/1000 mL]= 0.02 M1 g-mole ......(2a)
20mL에 들어 있는MgCl2의 총 몰수, m2 = 20 mL * M2 (g-mol/L) * [L/1000 mL]= 0.02 M2 g-mole .....(2b)

위의 (2a), (2b)에서 위의 m1과 m2의 관계는 m1=2m2 .....(∵MgCl2 몰수의 2배와 AgNO2 몰수가 반응).....(3)
위의 (2a)식을 (2b)로 나누고 (3)식을 대입하면 m1/m2 = M1/M2 = 2 .............................(4)

따라서 질산은의 몰농도 M1은 MgCl2 몰농도의 비는 2배가 됩니다. 여기서는 이온을 따지지 말고 분자의 수효의 비만 고려하면 됩니다. 즉 MgCl2 분자수효의 2배에 해당하는 질산은 분자가 MgCO3와 반응하게 되는 것이지요.

같은 부피의 물질을 반응했는데 그속에 들어 있는 분자수효의 비는 2배가 되었다면 분명히 질산은의 농도는 2배가 되어야 하겠지요. 예를들어 농도 M1, M2가 각각 2M, 1M일 경우라면 이를 (2a), (2b) 식에 대입해 보면..
m1 = 0.04 g-mole AgNO3, m2= 0.02 g-mole MgCL2가 되지요 항상 MgCl2 mol수의 2배의 AgNO3가 필요합니다.

A2) 용액에 들어있는 이온의 수효는 한두개 수백 수천개 정도가 아니라 셀수도 없이 많습니다. 예를 들어 1g-mole의 AgNO3가 물1L에 들어있다면 1M 용액의 농도가 되는데 이 속에는 6.025x10^23정도의 분자가 들어있습니다. 이 숫자는 아보가드로 숫자인데 실로 헤아릴수도 없이 많은 수효이지요. 이 AgNO3와 모두 반응하는데 소요되는 MgCl2의 분자수효는 이 숫자의 반에 해당하는 3.0125x10^23개나 필요하다는 이야기 입니다.

AgNO3와 MgCl2용액 같은 부피로 반응해서 모두 없어졌다면 AgNO3의 농도가 MgCl2의 농도의 2배가 되어야 맞아떨어지지요. 왜냐하면 화학반응은 (1)과 같이 반응하기 때문입니다. AgNO3나 MgCl2가 남지 않도록 하려면 정확히 농도가 2배돼야 합니다. (실제로 반응에 참여한 분자들의 몰비는 2:1이 되지만 당량비는 1:1이 됩니다. )

만일 아래와 같이 1몰의 염산과 1몰의 가성소다가 반응하여 소금을 생성반응에서 같은 부피로 모두 반응했을 경우라면 이들의 농도는 같겠지만 HCl + NaOH --> NaCl + H2O
2몰과 1몰이 반응하는 (1)식의 경우라면 같은 부피끼리 반응했다면 AgNO3농도가 두배가 되어야 부족함이 없을 것입니다. 만일 이를 같은 농도를 사용해서 반응시켰다면 AgNO3는 모두 소모되었지만 MgCl2의 반은 미반응한 상태로 남아있겠지요.

(*참고*)
화학시간에 이런 문제가 있을 때 학생들이 혼동스러워 하고 이로인해 화학에 대해 흥미를 잃기 쉬운데 다음사항을 이해하고 있으면 훨씬 명확하고 재미있어집니다.

(용액속에 들어있는 물질의 몰수, g-mole) = (몰농도, g-mole/L) * (용액부피, L).................(5)
몰수, m = M * V ..........................................................................................................(5b)

(용액속에 들어있는 물질의 당량수, g-eq) = (노르말농도, g-eq./L) * (용액부피, L).............(6)
당량수, n = N * V .........................................................................................................(6b)

몰수/작용원자가=당량수 ...........................................................................................(7)

화학반응은 당량대 당량으로 반응합니다. 질문의 예에서,
AgNO3(분자량170) 1g-mole은 170g인데 이는 1 g-eq.(당량)와 같습니다. 이 AgNO3는 1/2g-mole의 MgCl2(분자량95.2) 즉 47.6g과 반응합니다. MgCl2로는 1/2 g-mole이고 1 g-eq에 해당합니다. 즉 AgNO3 1당량(1몰)과 MgCl2 1당량(1/2몰)이 반응하여 AgCl과 Mg(NO3)2를 생성하게 됩니다. 반응이 일어나면서 생성되는 AgCl은 백색앙금이 되어 바닥에 가라앉지요.

(0) 화학수식에서 MgCl(aq)는 MgCl2가 되어야 맞습니다.

A1) 첫 질문에서 인용한 화학식을 다시 고쳐써보면
2AgNO3(aq)+MgCl2(aq)→Mg(NO3)2(aq)+2AgCl(s) ...................(1) 
와 같고 실험방법은 질산은 용액(20mL)에 염화마그네슘 용액(20mL)를 넣어 반응하고 있습니다.

위의 화학반응은 2몰의 질산은과 1몰의 염화마그네슘이 반응하기 때문에, 질산은과 염화마그네슘 각각 같은부피 20mL씩 넣어 모두 반응하여 남는 것이 없다고 하면 질산의 몰농도가 마그네슘의 몰농도의 2배가 될 것입니다.   몰농도로는 그렇지만 실제의 화학반응은 같은 당량끼리 반응합니다.

20 mL 질산은 용액의 몰농도   = M1,     20 mL 염화마그네슘의 몰농도 = M2

20mL에 들어 있는AgNO2 총 몰수, m1 = 20 mL * M1 (g-mol/L) * [L/1000 mL]= 0.02 M1 g-mole  ......(2a)
20mL에 들어 있는MgCl2의 총 몰수, m2 = 20 mL * M2 (g-mol/L) * [L/1000 mL]= 0.02 M2 g-mole .....(2b)

위의 (2a), (2b)에서 위의 m1과 m2의 관계는   m1=2m2 .....(∵MgCl2 몰수의 2배와  AgNO2 몰수가 반응).....(3)
위의 (2a)식을 (2b)로 나누고 (3)식을 대입하면  m1/m2 = M1/M2 = 2 .............................(4)

따라서 질산은의 몰농도 M1은 MgCl2 몰농도의 비는 2배가 됩니다.  여기서는 이온을 따지지 말고 분자의 수효의 비만 고려하면 됩니다.    즉 MgCl2 분자수효의 2배에 해당하는 질산은 분자가 MgCO3와 반응하게 되는 것이지요.

같은 부피의 물질을 반응했는데 그속에 들어 있는 분자수효의 비는 2배가 되었다면 분명히 질산은의 농도는 2배가 되어야 하겠지요.   예를들어 농도 M1, M2가 각각  2M, 1M일 경우라면 이를 (2a), (2b) 식에 대입해 보면.. 
m1 = 0.04 g-mole AgNO3,  m2= 0.02  g-mole MgCL2가 되지요   항상 MgCl2 mol수의 2배의 AgNO3가 필요합니다.

A2) 용액에 들어있는 이온의 수효는 한두개 수백 수천개 정도가 아니라 셀수도 없이 많습니다.  예를 들어 1g-mole의 AgNO3가 물1L에 들어있다면  1M 용액의 농도가 되는데 이 속에는 6.025x10^23정도의 분자가 들어있습니다.  이 숫자는 아보가드로 숫자인데 실로 헤아릴수도 없이 많은 수효이지요.    이 AgNO3와 모두 반응하는데 소요되는 MgCl2의 분자수효는 이 숫자의 반에 해당하는 3.0125x10^23개나 필요하다는 이야기 입니다.

AgNO3와 MgCl2용액 같은 부피로 반응해서 모두 없어졌다면 AgNO3의 농도가 MgCl2의 농도의 2배가 되어야 맞아떨어지지요.  왜냐하면 화학반응은 (1)과 같이 반응하기 때문입니다.  AgNO3나 MgCl2가 남지 않도록 하려면 정확히 농도가 2배돼야 합니다.  (실제로 반응에 참여한 분자들의 몰비는 2:1이 되지만 당량비는 1:1이 됩니다. )

만일 아래와 같이 1몰의 염산과 1몰의 가성소다가 반응하여 소금을 생성반응에서  같은 부피로 모두 반응했을 경우라면 이들의 농도는 같겠지만    HCl + NaOH --> NaCl + H2O
2몰과 1몰이 반응하는 (1)식의 경우라면 같은 부피끼리 반응했다면 AgNO3농도가 두배가 되어야 부족함이 없을 것입니다.  만일 이를 같은 농도를 사용해서 반응시켰다면 AgNO3는 모두 소모되었지만 MgCl2의 반은 미반응한 상태로 남아있겠지요.

(*참고*)
화학시간에 이런 문제가 있을 때 학생들이 혼동스러워 하고 이로인해 화학에 대해 흥미를 잃기 쉬운데 다음사항을 이해하고 있으면 훨씬 명확하고 재미있어집니다.

(용액속에 들어있는 물질의 몰수, g-mole) = (몰농도, g-mole/L) * (용액부피, L).................(5)
몰수, m = M * V ..........................................................................................................(5b)

(용액속에 들어있는 물질의 당량수, g-eq) = (노르말농도, g-eq./L) * (용액부피, L).............(6)
당량수, n = N * V .........................................................................................................(6b)

몰수/작용원자가=당량수 ...........................................................................................(7)

화학반응은 당량대 당량으로 반응합니다.  질문의 예에서,  
AgNO3(분자량170)  1g-mole은 170g인데 이는 1 g-eq.(당량)와 같습니다. 이 AgNO3는 1/2g-mole의 MgCl2(분자량95.2) 즉 47.6g과 반응합니다.  MgCl2로는 1/2 g-mole이고 1 g-eq에 해당합니다.  즉 AgNO3 1당량(1몰)과 MgCl2 1당량(1/2몰)이 반응하여 AgCl과 Mg(NO3)2를 생성하게 됩니다.  반응이 일어나면서 생성되는 AgCl은 백색앙금이 되어 바닥에 가라앉지요.

김병연 jhkaim82

10-04-07 09:21

와우..정말 자세한 답변이네요..

AngelLie hds7339

10-04-07 20:29

자세한 답변 정말감사드립니다... 당량비 몰농도, g-mole 등등 용어를 몰라서 찾아보면서 고민좀 해봐야겠네요..^^ 감사해요~