화학 반응에서 반응물과 생성물 의 양적 관계에 관한 것이다.화학 반응식 에서 계수비는 반응한 물질과 생성된 물질의 m o l m o l m o l m o l m o l m o l
질량 ( g ) ( g ) → m o l → m o l 질량 ( g ) ( g ) 몰 질량 ( g / m o l ) ( g / m o l )
m o l → m o l → 질량 ( g ) ( g ) m o l m o l 몰 질량 ( g / m o l ) ( g / m o l )
질량 ( g ) ( g ) → m o l → m o l 64 g 6 4 g 분자 ( O 2 ) ( O 2 ) m o l m o l 분자 의 몰 질량 은 32 g / m o l 3 2 g / m o l 64 g × 1 32 g / m o l = 2 m o l 6 4 g × 3 2 g / m o l 1 = 2 m o l
m o l → m o l → 질량 ( g ) ( g ) 2 m o l 2 m o l 분자 ( O 2 ) ( O 2 ) 질량 으로 변환하면, 산소 분자 의 몰 질량 은 32 g / m o l 3 2 g / m o l 2 m o l × 32 g / m o l = 64 g 2 m o l × 3 2 g / m o l = 6 4 g
기체 의 부피 ( L ) ( L ) → m o l → m o l 기체 의 부피 를 22.4 L / m o l 2 2 . 4 L / m o l
m o l → m o l → 기체 의 부피 ( L ) ( L ) m o l m o l 22.4 L / m o l 2 2 . 4 L / m o l
기체 의 부피 ( L ) ( L ) → m o l → m o l 67.2 L 6 7 . 2 L 기체 ( O 2 ( g ) ) ( O 2 ( g ) ) m o l m o l 67.2 L × 1 22.4 L / m o l = 3 m o l 6 7 . 2 L × 2 2 . 4 L / m o l 1 = 3 m o l
m o l → m o l → 기체 의 부피 ( L ) ( L ) 3 m o l 3 m o l 기체 ( O 2 ( g ) ) ( O 2 ( g ) ) 부피 로 변환하면3 m o l × 22.4 L / m o l = 67.2 L 3 m o l × 2 2 . 4 L / m o l = 6 7 . 2 L
입자 수(개) → m o l → m o l 아보가드로 수 ( N A = 6.02 × 1 0 23 개 / m o l ) ( N A = 6 . 0 2 × 1 0 2 3 개 / m o l )
m o l → m o l → m o l m o l 아보가드로 수 ( N A = 6.02 × 1 0 23 개 / m o l ) ( N A = 6 . 0 2 × 1 0 2 3 개 / m o l )
입자 수(개) → m o l → m o l ( O 2 ) ( O 2 ) 분자 수 12.04 × 1 0 23 1 2 . 0 4 × 1 0 2 3 m o l m o l 12.04 × 1 0 23 1 2 . 0 4 × 1 0 2 3 ÷ N A = 12.04 × 1 0 23 ÷ N A = 1 2 . 0 4 × 1 0 2 3 × 1 6.02 × 1 0 23 개 / m o l = 2 m o l × 6 . 0 2 × 1 0 2 3 개 / m o l 1 = 2 m o l
m o l → m o l → 2 m o l 2 m o l 분자 ( O 2 ) ( O 2 ) 분자 수로 변환하면2 m o l × N A = 2 m o l × 6.02 × 1 0 23 개 / m o l = 12.04 × 1 0 23 2 m o l × N A = 2 m o l × 6 . 0 2 × 1 0 2 3 개 / m o l = 1 2 . 0 4 × 1 0 2 3
한계 반응물 은 화학 반응에서 다른 반응물 에 비해 먼저 소모되어 생성물 의 양을 제한하는 반응물 이고,반응물 은 화학 반응에서 다른 반응물 에 비해 필요한 양을 초과하는 반응물 이다.
다음은 철( F e ) ( F e ) ( O 2 ) ( O 2 ) 산화 철( I I I ) ( I I I ) 화학 반응식 이다.
$4\mathrm{Fe}(s) + 3\mathrm{O_{2}}(g) \rightarrow 2\mathrm{Fe_{2}O_{3}}(s)$
그림은 1 a t m 1 a t m F e ( s ) 56 g F e ( s ) 5 6 g O 2 ( g ) 22.4 L O 2 ( g ) 2 2 . 4 L 온도 는 0 ∘ C 0 ∘ C F e F e O 2 O 2 F e 2 O 3 F e 2 O 3 화학식량 은 각각 56 5 6 32 3 2 160 1 6 0
반응 전 반응물 의 몰 수 구하기:
F e ( s ) F e ( s ) 56 g × 1 56 g / m o l = 1 m o l 5 6 g × 5 6 g / m o l 1 = 1 m o l
O 2 ( g ) O 2 ( g ) 22.4 L × 1 22.4 L / m o l = 1 m o l 2 2 . 4 L × 2 2 . 4 L / m o l 1 = 1 m o l
반응 분석하기:
계수비만큼의 반응물 이 반응하고 생성물 이 생성되므로,F e ( s ) F e ( s ) 1 m o l 1 m o l O 2 ( g ) O 2 ( g ) 1 m o l × 3 4 = 3 4 m o l 1 m o l × 4 3 = 4 3 m o l F e 2 O 3 ( s ) F e 2 O 3 ( s ) 1 m o l × 2 4 = 1 2 m o l 1 m o l × 4 2 = 2 1 m o l
이때 F e ( s ) F e ( s ) 한계 반응물 이고, O 2 ( g ) O 2 ( g ) 반응물 이다.
따라서 반응을 정리하면 아래 표와 같다.
반응 후 분석하기:
생성된 F e 2 O 3 ( s ) F e 2 O 3 ( s ) 질량 : 1 2 m o l × 160 g / m o l = 80 g 2 1 m o l × 1 6 0 g / m o l = 8 0 g
남은 O 2 ( g ) O 2 ( g ) 부피 : O 2 ( g ) O 2 ( g ) 1 m o l − 3 4 m o l = 1 4 m o l 1 m o l − 4 3 m o l = 4 1 m o l 부피 는 1 4 m o l × 22.4 L / m o l = 5.6 L 4 1 m o l × 2 2 . 4 L / m o l = 5 . 6 L
그러므로 위에서 구한 내용을 그림에 나타내면 아래와 같다.
1번 문항 정답 및 해설 보기
정답: $3$
H 2 ( g ) H 2 ( g )
0 ∘ C 0 ∘ C 1 a t m 1 a t m 기체 1 m o l 1 m o l 부피 는 22.4 L 2 2 . 4 L O 2 ( g ) O 2 ( g ) 1 m o l 1 m o l
그러므로 4 x = 1 4 x = 1 x = 1 4 x = 4 1 H 2 O ( l ) H 2 O ( l ) 1 4 m o l × 2 = 1 2 m o l 4 1 m o l × 2 = 2 1 m o l
H 2 O H 2 O 원자량 이 1 1 ( H ) ( H ) 2 2 원자량 이 16 1 6 ( O ) ( O ) 1 1 분자량 은 1 × 2 + 16 = 18 1 × 2 + 1 6 = 1 8
이때 H 2 O H 2 O 몰 질량 은 18 g / m o l 1 8 g / m o l H 2 O 1 2 m o l H 2 O 2 1 m o l 질량 은 1 2 m o l × 18 g / m o l = 9 g 2 1 m o l × 1 8 g / m o l = 9 g y = 9 y = 9
x = 1 4 x = 4 1 y = 9 y = 9 y x = 9 1 4 x y = 4 1 9 y x = 36 x y = 3 6
따라서 답은 3 3
2번 문항 정답 및 해설 보기
정답: $1$
ㄱ. 화학 반응에서 C 10 H 8 ( s ) C 1 0 H 8 ( s ) O 2 ( g ) O 2 ( g ) 한계 반응물 은 C 10 H 8 ( s ) C 1 0 H 8 ( s ) 반응물 은 O 2 ( g ) O 2 ( g )
ㄴ. C 10 H 8 C 1 0 H 8 원자량 이 12 1 2 ( C ) ( C ) 10 1 0 원자량 이 1 1 ( H ) ( H ) 8 8 분자량 은 12 × 10 + 1 × 8 = 128 1 2 × 1 0 + 1 × 8 = 1 2 8
그러므로 C 10 H 8 12.8 g C 1 0 H 8 1 2 . 8 g 12.8 g × 1 128 g / m o l = 0.1 m o l 1 2 . 8 g × 1 2 8 g / m o l 1 = 0 . 1 m o l
C 10 H 8 C 1 0 H 8 0.1 m o l 0 . 1 m o l O 2 O 2 0.1 m o l × 12 = 1.2 m o l 0 . 1 m o l × 1 2 = 1 . 2 m o l C O 2 C O 2 H 2 O H 2 O 0.1 m o l × 10 = 1 m o l 0 . 1 m o l × 1 0 = 1 m o l 0.1 m o l × 4 = 0.4 m o l 0 . 1 m o l × 4 = 0 . 4 m o l
따라서 반응 전 O 2 ( g ) O 2 ( g ) a m o l a m o l
이를 통해 a − 1.2 = 4 x a − 1 . 2 = 4 x 1 = 5 x 1 = 5 x y = 0.4 y = 0 . 4
ㄷ. a − 1.2 = 4 x a − 1 . 2 = 4 x 1 = 5 x 1 = 5 x x = 1 5 x = 5 1 a = 2 a = 2 O 2 ( g ) O 2 ( g ) 2 m o l 2 m o l 0 ∘ C 0 ∘ C 1 a t m 1 a t m 기체 1 m o l 1 m o l 부피 는 22.4 L 2 2 . 4 L O 2 ( g ) O 2 ( g ) 부피 는 2 m o l × 22.4 L / m o l = 44.8 L 2 m o l × 2 2 . 4 L / m o l = 4 4 . 8 L
따라서 답은 1 1
