용질의 질량 용액의 질량 × 100 % \frac{\text{용질의 질량}}{\text{용액의 질량}}\times 100\,\%용액의 질량 용질의 질량 × 1 0 0 % 로 정의되는 물리량이다. 기본 단위는 % \%% 이다.
그림은 물 950 g 950\,\mathrm{g}9 5 0 g 에 수산화 나트륨(N a O H \mathrm{NaOH}N a O H ) 50 g 50\,\mathrm{g}5 0 g 을 용해시켜 만든 N a O H ( a q ) \mathrm{NaOH}(aq)N a O H ( a q ) 를 나타낸 것이다.
N a O H ( a q ) \mathrm{NaOH}(aq)N a O H ( a q ) 의 퍼센트 농도를 구해보자.
N a O H ( a q ) \mathrm{NaOH}(aq)N a O H ( a q ) 의 질량은 용매(물)의 질량과 용질(N a O H \mathrm{NaOH}N a O H )의 질량을 합한 950 g + 50 g = 1000 g 950\,\mathrm{g}+50\,\mathrm{g}=1000\,\mathrm{g}9 5 0 g + 5 0 g = 1 0 0 0 g 이므로
N a O H ( a q ) \mathrm{NaOH}(aq)N a O H ( a q ) 의 퍼센트 농도는 50 g 1000 g × 100 % = 5 100 × 100 % = 5 % \frac{50\,\mathrm{g}}{1000\,\mathrm{g}}\times100\,\%=\frac{5}{100}\times100\,\%=5\,\%1 0 0 0 g 5 0 g × 1 0 0 % = 1 0 0 5 × 1 0 0 % = 5 % 이다.
용질의 몰 수 ( m o l ) 용액의 부피 ( L ) \frac{\text{용질의 몰 수}(\mathrm{mol})}{\text{용액의 부피}(\mathrm{L})}용액의 부피 ( L ) 용질의 몰 수 ( m o l ) 로 정의되는 물리량이다. 기본 단위는 M = m o l / L \mathrm{M}=\mathrm{mol/L}M = m o l / L 이다.
그림은 물에 수산화 나트륨(N a O H \mathrm{NaOH}N a O H ) 80 g 80\,\mathrm{g}8 0 g 을 용해시켜 만든 N a O H ( a q ) \mathrm{NaOH}(aq)N a O H ( a q ) 를 나타낸 것이다.
N a O H ( a q ) \mathrm{NaOH}(aq)N a O H ( a q ) 의 부피가 2 L 2\,\mathrm{L}2 L 일 때, N a O H ( a q ) \mathrm{NaOH}(aq)N a O H ( a q ) 의 몰 농도를 구해보자. (단, N a O H \mathrm{NaOH}N a O H 의 화학식량은 40 g / m o l 40\,\mathrm{g/mol}4 0 g / m o l 이다.)
용질의 몰 수는 80 g × 1 m o l 40 g / m o l = 2 m o l 80\,\mathrm{g}\times\frac{1\,\mathrm{mol}}{40\,\mathrm{g/mol}}=2\,\mathrm{mol}8 0 g × 4 0 g / m o l 1 m o l = 2 m o l 이고,
용액의 부피는 2 L 2\,\mathrm{L}2 L 이므로 N a O H ( a q ) \mathrm{NaOH}(aq)N a O H ( a q ) 의 몰 농도는 2 m o l 2 L = 1 m o l / L = 1 M \frac{2\,\mathrm{mol}}{2\,\mathrm{L}}=1\,\mathrm{mol/L}=1\,\mathrm{M}2 L 2 m o l = 1 m o l / L = 1 M 이다.
용질의 몰 수 ( m o l ) 용매의 질량 ( k g ) \frac{\text{용질의 몰 수}(\mathrm{mol})}{\text{용매의 질량}(\mathrm{kg})}용매의 질량 ( k g ) 용질의 몰 수 ( m o l ) 로 정의되는 물리량이다. 기본 단위는 m = m o l / k g m=\mathrm{mol/kg}m = m o l / k g 이다.
그림은 물 500 g 500\,\mathrm{g}5 0 0 g 에 수산화 나트륨(N a O H \mathrm{NaOH}N a O H ) 20 g 20\,\mathrm{g}2 0 g 을 용해시켜 만든 N a O H ( a q ) \mathrm{NaOH}(aq)N a O H ( a q ) 를 나타낸 것이다.
N a O H ( a q ) \mathrm{NaOH}(aq)N a O H ( a q ) 의 몰랄 농도를 구해보자. (단, N a O H \mathrm{NaOH}N a O H 의 화학식량은 40 g / m o l 40\,\mathrm{g/mol}4 0 g / m o l 이다.)
용질의 몰 수는 20 g × 1 m o l 40 g / m o l = 0.5 m o l 20\,\mathrm{g}\times\frac{1\,\mathrm{mol}}{40\,\mathrm{g/mol}}=0.5\,\mathrm{mol}2 0 g × 4 0 g / m o l 1 m o l = 0 . 5 m o l 이고, 용매(물)의 질량은 500 g = 0.5 × 1 0 3 g = 0.5 k g 500\,\mathrm{g}=0.5\times10^{3}\,\mathrm{g}=0.5\,\mathrm{kg}5 0 0 g = 0 . 5 × 1 0 3 g = 0 . 5 k g 이므로
N a O H ( a q ) \mathrm{NaOH}(aq)N a O H ( a q ) 의 몰랄 농도는 0.5 m o l 0.5 k g = 1 m o l / k g = 1 m \frac{0.5\,\mathrm{mol}}{0.5\,\mathrm{kg}}=1\,\mathrm{mol/kg}=1\,\mathrm{m}0 . 5 k g 0 . 5 m o l = 1 m o l / k g = 1 m 이다.
1번 문항 정답 및 해설 보기
정답: $5$
ㄱ. 용질(N a O H ( s ) \mathrm{NaOH}(s)N a O H ( s ) )의 질량은 10 g 10\,\mathrm{g}1 0 g , 용매(물)의 질량은 1 k g = 1 × 1 0 3 g = 1000 g 1\,\mathrm{kg}=1\times10^{3}\,\mathrm{g}=1000\,\mathrm{g}1 k g = 1 × 1 0 3 g = 1 0 0 0 g 이므로
용액(N a O H ( a q ) \mathrm{NaOH}(aq)N a O H ( a q ) )의 질량은 10 g + 1000 g = 1010 g 10\,\mathrm{g}+1000\,\mathrm{g}=1010\,\mathrm{g}1 0 g + 1 0 0 0 g = 1 0 1 0 g 이다.
그러므로 퍼센트 농도는 10 g 1010 g × 100 % = 100 101 % \frac{10\,\mathrm{g}}{1010\,\mathrm{g}}\times100\,\%=\frac{100}{101}\,\%1 0 1 0 g 1 0 g × 1 0 0 % = 1 0 1 1 0 0 % 이다. (O)
ㄴ. N a O H \mathrm{NaOH}N a O H 의 화학식량은 40 g / m o l 40\,\mathrm{g/mol}4 0 g / m o l 이므로 용질(N a O H ( s ) \mathrm{NaOH}(s)N a O H ( s ) )의 몰 수는 10 g × 1 m o l 40 g / m o l = 1 4 m o l 10\,\mathrm{g}\times\frac{1\,\mathrm{mol}}{40\,\mathrm{g/mol}}=\tfrac{1}{4}\,\mathrm{mol}1 0 g × 4 0 g / m o l 1 m o l = 4 1 m o l 이다.
이때 용액의 부피는 1 L 1\,\mathrm{L}1 L 이므로 몰 농도는 1 4 m o l 1 L = 1 4 m o l / L = 1 4 M \frac{\tfrac{1}{4}\,\mathrm{mol}}{1\,\mathrm{L}}=\frac{1}{4}\,\mathrm{mol/L}=\frac{1}{4}\,\mathrm{M}1 L 4 1 m o l = 4 1 m o l / L = 4 1 M 이다. (O)
ㄷ. 용질(N a O H ( s ) \mathrm{NaOH}(s)N a O H ( s ) )의 몰 수는 1 4 m o l \tfrac{1}{4}\,\mathrm{mol}4 1 m o l 이고, 용매(물)의 질량은 1 k g 1\,\mathrm{kg}1 k g 이므로
몰랄 농도는 1 4 m o l 1 k g = 1 4 m o l / k g = 1 4 m \frac{\tfrac{1}{4}\,\mathrm{mol}}{1\,\mathrm{kg}}=\frac{1}{4}\,\mathrm{mol/kg}=\frac{1}{4}\,\mathrm{m}1 k g 4 1 m o l = 4 1 m o l / k g = 4 1 m 이다. (O)
따라서 답은 5 55 번이다.
2번 문항 정답 및 해설 보기
정답: $1$
몰 농도(M \mathrm{M}M )= 용질의 몰 수 ( m o l ) 용액의 부피 ( L ) =\frac{\text{용질의 몰 수}(\mathrm{mol})}{\text{용액의 부피}(\mathrm{L})}= 용액의 부피 ( L ) 용질의 몰 수 ( m o l ) 이므로 몰 농도(M \mathrm{M}M ) × \,\times\,× 용액의 부피(L \mathrm{L}L ) = \,=\,= 용질의 몰 수(m o l \mathrm{mol}m o l )이다.
따라서 a M N a O H ( a q ) 1 L a\,\mathrm{M}\ \mathrm{NaOH}(aq)\ 1\,\mathrm{L}a M N a O H ( a q ) 1 L 에는 a M × 1 L = a m o l / L × 1 L = a m o l a\,\mathrm{M}\times1\,\mathrm{L}=a\,\mathrm{mol/L}\times1\,\mathrm{L}=a\,\mathrm{mol}a M × 1 L = a m o l / L × 1 L = a m o l 의 N a O H \mathrm{NaOH}N a O H 가,
0.5 M N a O H ( a q ) 2 L 0.5\,\mathrm{M}\ \mathrm{NaOH}(aq)\ 2\,\mathrm{L}0 . 5 M N a O H ( a q ) 2 L 에는 0.5 M × 2 L = 0.5 m o l / L × 2 L = 1 m o l 0.5\,\mathrm{M}\times2\,\mathrm{L}=0.5\,\mathrm{mol/L}\times2\,\mathrm{L}=1\,\mathrm{mol}0 . 5 M × 2 L = 0 . 5 m o l / L × 2 L = 1 m o l 의 N a O H \mathrm{NaOH}N a O H 가,
2 M N a O H ( a q ) 1 L 2\,\mathrm{M}\ \mathrm{NaOH}(aq)\ 1\,\mathrm{L}2 M N a O H ( a q ) 1 L 에는 2 M × 1 L = 2 m o l / L × 1 L = 2 m o l 2\,\mathrm{M}\times1\,\mathrm{L}=2\,\mathrm{mol/L}\times1\,\mathrm{L}=2\,\mathrm{mol}2 M × 1 L = 2 m o l / L × 1 L = 2 m o l 의 N a O H \mathrm{NaOH}N a O H 가 포함되어 있음을 알 수 있다.
앞서 구한 내용을 바탕으로 각 용액에 포함되어 있는 N a O H \mathrm{NaOH}N a O H 와 용액의 부피를 나타내면 아래 표와 같다.
구분
초기 상태
(가)
(나)
$\mathrm{NaOH}$의 몰 수
$a\,\mathrm{mol}$
$(a+1)\,\mathrm{mol}$
$(a+1+2)\,\mathrm{mol}$
부피
$1\,\mathrm{L}$
$1\,\mathrm{L}+2\,\mathrm{L}=3\,\mathrm{L}$
$3\,\mathrm{L}+1\,\mathrm{L}=4\,\mathrm{L}$
ㄱ. (가)의 몰 농도는 1 M 1\,\mathrm{M}1 M 이므로
( a + 1 ) m o l 3 L = ( a + 1 ) 3 M = 1 M , \frac{(a+1)\,\mathrm{mol}}{3\,\mathrm{L}}=\frac{(a+1)}{3}\,\mathrm{M}=1\,\mathrm{M},3 L ( a + 1 ) m o l = 3 ( a + 1 ) M = 1 M ,
a + 1 = 3 , a+1=3,a + 1 = 3 ,
a = 2 a=2a = 2 이다. (O)
ㄴ. (가)에 녹아있는 용질(N a O H \mathrm{NaOH}N a O H )의 몰 수는 ( a + 1 ) m o l = 3 m o l (a+1)\,\mathrm{mol}=3\,\mathrm{mol}( a + 1 ) m o l = 3 m o l 이며,
N a O H \mathrm{NaOH}N a O H 의 화학식량은 40 g / m o l 40\,\mathrm{g/mol}4 0 g / m o l 이므로 질량은 3 m o l × 40 g / m o l = 120 g 3\,\mathrm{mol}\times40\,\mathrm{g/mol}=120\,\mathrm{g}3 m o l × 4 0 g / m o l = 1 2 0 g 이다. (X)
ㄷ. a = 2 a=2a = 2 이므로 (나)의 몰 농도는 ( a + 1 + 2 ) m o l 4 L = 5 m o l 4 L = 5 4 M \frac{(a+1+2)\,\mathrm{mol}}{4\,\mathrm{L}}=\frac{5\,\mathrm{mol}}{4\,\mathrm{L}}=\frac{5}{4}\,\mathrm{M}4 L ( a + 1 + 2 ) m o l = 4 L 5 m o l = 4 5 M 이다. (X)
따라서 답은 1 11 번이다.