화학량론
- 몰수
- n = m/M
- 농도
- c = n/V
- 몰비
- 균형 맞춘 반응식의 계수를 사용
- 한계 반응물
- 가장 먼저 소진되는 물질
- 수득률
- 실제 수득량 / 이론 수득량 × 100%
방법
- 화학 반응식을 쓰고 계수를 맞추세요.
- 주어진 질량을 몰로 바꾸세요: n = m/M.
- 계수를 몰비로 이용해 원하는 물질의 몰수를 구하세요.
- m = n·M으로 다시 질량으로 바꾸세요. 반응물이 둘이면 먼저 한계 반응물을 찾으세요.
일반화학: 벼락치기 팩
공식 모음, 모든 주제의 핵심 풀이 단계, 연습 문제 14개가 들어 있으며 전체 풀이는 맨 뒤에 있습니다.
1공식과 풀이 방법
몰농도와 희석
- 몰농도
- c = n/V (mol/L)
- 몰수
- n = m/M
- 희석
- c1V1 = c2V2
- 혼합
- c = (c1V1 + c2V2)/(V1 + V2)
방법
- n = m/M으로 질량을 몰로 바꾸세요.
- 부피를 리터로 바꾸세요.
- 몰농도 c = n/V, 단위는 mol/L.
- 희석에서는 몰수가 변하지 않습니다: c₁V₁ = c₂V₂.
이상 기체 법칙
- 이상 기체 법칙
- pV = nRT
- 기체 상수
- R = 8.314 J/(mol·K)
- 보일-샤를 법칙
- p1V1/T1 = p2V2/T2
- 몰수
- n = m/M
- 온도
- T[K] = T[°C] + 273.15
열량 측정과 엔탈피
- 열
- q = m·c·ΔT
- 물
- c = 4.18 J/(g·°C)
- 열량계
- 잃은 열 = 얻은 열
- 반응 엔탈피
- ΔH° = ΣΔH°f(products) − ΣΔH°f(reactants)
화학 평형
- 평형 상수
- Kc = [C]c[D]d/([A]a[B]b)
- ICE 표
- 초기(Initial), 변화(×계수, Change), 평형(Equilibrium)
- 이차방정식
- x = (−b + √(b² − 4ac))/(2a)
방법
- Kc는 생성물을 분자에, 반응물을 분모에 두고 각각 계수만큼 거듭제곱하여 쓰세요.
- ICE 표를 만드세요: 초기(Initial), 변화(Change, 계수 × x 단위), 평형(Equilibrium).
- 평형 농도식을 Kc에 넣고 x를 구하세요.
- x가 근사를 쓸 만큼 작은지 확인하세요. 그렇지 않으면 이차방정식을 푸세요.
pH와 완충 용액
- pH
- pH = −log[H⁺]
- pOH
- pOH = −log[OH⁻], pH + pOH = 14
- 약산
- [H⁺] ≈ √(Ka·c)
- 완충 용액
- pH = pKa + log([A⁻]/[HA])
- 희석
- c1V1 = c2V2
방법
- 산이나 염기가 강한지(완전 해리) 약한지 판단하세요.
- 강산: [H⁺]는 산의 농도와 같습니다. 강염기: 먼저 [OH⁻]를 구하세요.
- 약산: x = [H⁺]에 대해 Ka = x²/(c − x)를 푸세요.
- pH = −log[H⁺]이고, 25 °C에서 pH + pOH = 14입니다.
반응 속도론
- 1차
- ln(CA/CA0) = −kt
- 반감기 (1차)
- t½ = ln 2/k
- 2차
- 1/CA = 1/CA0 + kt
- 아레니우스
- k = A·e−Ea/(RT)
- 두 온도
- ln(k2/k1) = (Ea/R)(1/T1 − 1/T2)
2연습 문제
1.화학량론보통
N2 16 g과 H2 40 g이 N2 + 3H2 → 2NH3에 따라 반응합니다. 생길 수 있는 NH3의 질량 m는 얼마일까요?
M(N2) = 28.02M(H2) = 2.016M(NH3) = 17.03 g/mol
m = g
2.화학량론어려움
반응 2H2 + O2 → 2H2O에서 H2 6 g이 완전히 반응하고(다른 반응물은 충분) H2O 40.22 g을 얻었습니다. 수득률 Y를 구하세요.
M(H2) = 2.016 g/molM(H2O) = 18.02 g/mol실제: 40.22 g
Y = %
3.몰농도와 희석보통
0.05 mol/L 용액 100 mL가 필요하고, 2 mol/L 원액이 있다. 원액에 더할 물의 양 Vwater을(를) 구하시오.
c1 = 2 mol/Lc2 = 0.05 mol/LV2 = 100 mL
Vwater = mL
4.몰농도와 희석어려움
0.2 mol/L 용액 50 mL를 같은 물질의 2.5 mol/L 용액 400 mL와 섞는다. 혼합 용액의 농도 c을(를) 구하시오(부피는 더해진다고 본다).
c1 = 0.2 mol/LV1 = 50 mLc2 = 2.5 mol/LV2 = 400 mL
c = mol/L
5.이상 기체 법칙보통
200 kPa, 5 °C에서 N₂ 330 g이(가) 차지하는 부피 V은(는) 얼마인가? 이상 기체로 본다.
m = 330 gM = 28.01 g/molP = 200 kPaT = 5 °CR = 8.314 J/(mol·K)
V = L
6.이상 기체 법칙어려움
1000 kPa, 10 °C에서 N₂의 밀도 ρ을(를) 이상 기체로 보고 구하시오.
M = 28.01 g/molP = 1000 kPaT = 10 °CR = 8.314 J/(mol·K)
ρ = kg/m³
7.열량 측정과 엔탈피보통
온도가 110 °C이고 질량이 250 g인 납 블록(c = 0.129 J/(g·°C))을 단열 컵에 담긴 18 °C의 물 200 g(c = 4.18 J/(g·°C))에 넣는다. 최종 온도 Tf을(를) 구하시오.
mmetal = 250 gcmetal = 0.129 J/(g·°C)Tmetal = 110 °Cmwater = 200 gTwater = 18 °Ccwater = 4.18 J/(g·°C)
Tf = °C
8.열량 측정과 엔탈피어려움
표준 생성 엔탈피를 이용해 C4H10(M = 58.12 g/mol) 250 g이 완전 연소할 때 방출되는 열 q을(를) 구하시오: 2C4H10 + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O(l). q는 양수로 답하시오.
ΔH°f(C4H10) = −125.6 kJ/molΔH°f(CO₂) = −393.5 kJ/molΔH°f(H₂O, l) = −285.8 kJ/molΔH°f(O₂) = 0
q = kJ
9.화학 평형보통
1 mol/L의 H₂와 1 mol/L의 I₂를 용기에 넣어 반응시킨다: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, Kc = 54. 평형 농도 [HI]을(를) 구하시오.
[H₂]₀ = [I₂]₀ = 1 mol/LKc = 54
[HI] = mol/L
10.화학 평형어려움
PCl₅가 분해된다: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, 반응 온도에서 Kc = 0.5. 용기에 처음에는 PCl₅만 0.1 mol/L 들어 있다. 평형 농도 [PCl5]을(를) 구하시오.
[PCl₅]₀ = 0.1 mol/LKc = 0.5
[PCl5] = mol/L
11.pH와 완충 용액보통
플루오린화 수소산 0.25 mol/L 용액(Ka = 0.00068)의 pH pH를 구하세요.
c = 0.25 mol/LKa = 0.00068
pH =
12.pH와 완충 용액어려움
완충 용액에 아세트산 0.4 mol/L와 그 나트륨염 0.1 mol/L가 들어 있습니다. Ka = 1.8 × 10⁻⁵. 완충 용액의 pH pH를 구하세요.
[HA] = 0.4[A⁻] = 0.1Ka = 1.8 × 10⁻⁵
pH =
13.반응 속도론보통
2차 반응(−rA = k·CA²)의 k = 0.1 L/(mol·min), 초기 농도는 0.5 mol/L이다. 첫 번째 반감기 t½을(를) 구하시오.
k = 0.1 L/(mol·min)CA0 = 0.5 mol/L
t½ = min
14.반응 속도론어려움
어떤 반응의 속도 상수는 35 °C에서 0.002 min⁻¹이고 활성화 에너지는 100 kJ/mol이다. 45 °C에서의 속도 상수 k2을(를) 구하시오.
k1 = 0.002 min⁻¹T1 = 35 °CT2 = 45 °CEa = 100 kJ/molR = 8.314 J/(mol·K)
k2 = min⁻¹
3용액
1.화학량론
답: m = 19.45 g
화학량론: 균형 맞춘 반응식은 그램이 아니라 입자 수를 셉니다. n = m/M으로 질량을 몰로 바꾸고, 반응식의 계수를 몰비로 쓴 다음, m = n·M으로 다시 질량으로 바꿉니다. 반응물이 두 개일 때 한계 반응물은 먼저 다 소모되어 생성물의 양을 정하는 쪽입니다.
각 반응물의 몰수
n(N2) = 16/28.02 = 0.571 mol
n(H2) = 40/2.016 = 19.84 mol
한계 반응물
0.571/1 = 0.571, 19.84/3 = 6.614 → N2
생성물의 질량
n(NH3) = 0.571·2 = 1.142 mol
m = 1.142·17.03 = 19.45 g
답
m = 19.45 g
2.화학량론
답: Y = 74.99 %
화학량론: 균형 맞춘 반응식은 그램이 아니라 입자 수를 셉니다. n = m/M으로 질량을 몰로 바꾸고, 반응식의 계수를 몰비로 쓴 다음, m = n·M으로 다시 질량으로 바꿉니다. 반응물이 두 개일 때 한계 반응물은 먼저 다 소모되어 생성물의 양을 정하는 쪽입니다.
이론적 수득량
n(H2) = 6/2.016 = 2.976 mol
m = 2.976·2/2·18.02 = 53.63 g
수득률
Y = 40.22/53.63·100 = 74.99%
답
Y = 74.99%
3.몰농도와 희석
답: Vwater = 97.5 mL
몰농도: 농도 c = n/V (mol/L), n = m/M. 희석하면 용매만 더해지고 용질은 그대로이므로 몰수가 변하지 않습니다: c₁·V₁ = c₂·V₂. 같은 용질의 두 용액을 섞으면 몰수끼리 더해지고 부피끼리도 더해집니다.
원액의 부피
V1 = c2·V2/c1 = 0.05·100/2 = 2.5 mL
더할 물
Vwater = 100 − 2.5 = 97.5 mL
답
Vwater = 97.5 mL
4.몰농도와 희석
답: c = 2.244 mol/L
몰농도: 농도 c = n/V (mol/L), n = m/M. 희석하면 용매만 더해지고 용질은 그대로이므로 몰수가 변하지 않습니다: c₁·V₁ = c₂·V₂. 같은 용질의 두 용액을 섞으면 몰수끼리 더해지고 부피끼리도 더해집니다.
전체 몰수
n = 0.2·50 + 2.5·400 = 1010 mmol
혼합 용액의 농도
c = 1010/450 = 2.244 mol/L
답
c = 2.244 mol/L
5.이상 기체 법칙
답: V = 136.2 L
이상 기체 법칙: PV = nRT, n = m/M.
몰수
n = 330/28.01 = 11.78 mol
T = 5 + 273.15 = 278.1 K
부피
V = nRT/P = 11.78·8.314·278.1/200 = 136.2 L
답
V = 136.2 L
6.이상 기체 법칙
답: ρ = 11.9 kg/m³
이상 기체의 밀도: ρ = PM/(RT).
기체 법칙 정리
PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 10 + 273.15 = 283.1 K
밀도
ρ = 1000·28.01/(8.314·283.1) = 11.9 kg/m³
답
ρ = 11.9 kg/m³
7.열량 측정과 엔탈피
답: Tf = 21.42 °C
열과 엔탈피: 물질을 가열하는 데는 q = m·c·ΔT가 듭니다. 열량계에서는 뜨거운 물체가 잃은 열이 차가운 물체가 얻은 열과 같습니다. 반응의 엔탈피 변화는 생성 엔탈피로 구합니다: ΔH° = ΣΔH°f(생성물) − ΣΔH°f(반응물), 각각 계수를 곱합니다.
열 수지
250·0.129·(110 − Tf) = 200·4.18·(Tf − 18)
최종 온도 구하기
Tf = (32.25·110 + 836·18)/(32.25 + 836) = 21.42 °C
답
Tf = 21.42 °C
8.열량 측정과 엔탈피
답: q = 12377 kJ
열과 엔탈피: 물질을 가열하는 데는 q = m·c·ΔT가 듭니다. 열량계에서는 뜨거운 물체가 잃은 열이 차가운 물체가 얻은 열과 같습니다. 반응의 엔탈피 변화는 생성 엔탈피로 구합니다: ΔH° = ΣΔH°f(생성물) − ΣΔH°f(반응물), 각각 계수를 곱합니다.
반응 엔탈피
ΔH° = [8·(−393.5) + 10·(−285.8)] − [2·(−125.6) + 13·0] = −5755 kJ
주어진 질량에 대한 열
n = 250/58.12 = 4.301 mol
q = n·|ΔH°/2| = 4.301·2877 = 12377 kJ
답
q = 12377 kJ
9.화학 평형
답: [HI] = 1.572 mol/L
화학 평형: aA + bB ⇌ cC + dD에서 평형 상수는 평형 농도를 써서 Kc = [C]c[D]d/([A]a[B]b)입니다. ICE 표(초기, 변화, 평형)는 계수를 곱한 미지수 x 하나로 처음 양과 평형 상태의 양을 연결합니다.
평형 식
54 = (2x)²/(1 − x)²
제곱근 취하기
7.348 = 2x/(1 − x) → x = 1·7.348/(2 + 7.348) = 0.7861 mol/L
평형 농도
[HI] = 2x = 1.572 mol/L
답
[HI] = 1.572 mol/L
10.화학 평형
답: [PCl5] = 0.01459 mol/L
화학 평형: aA + bB ⇌ cC + dD에서 평형 상수는 평형 농도를 써서 Kc = [C]c[D]d/([A]a[B]b)입니다. ICE 표(초기, 변화, 평형)는 계수를 곱한 미지수 x 하나로 처음 양과 평형 상태의 양을 연결합니다.
평형 식
0.5 = x²/(0.1 − x) → x² + 0.5·x − 0.05 = 0
이차방정식 풀기
x = (−0.5 + √(0.5² + 4·0.05))/2 = 0.08541 mol/L
평형 농도
[PCl₅] = 0.1 − 0.08541 = 0.01459 mol/L
답
[PCl5] = 0.01459 mol/L
11.pH와 완충 용액
답: pH = 1.896
pH: pH = −log₁₀[H₃O⁺], pOH = −log₁₀[OH⁻]이며 25 °C에서 pH + pOH = 14입니다. 강산과 강염기는 완전히 이온화합니다. 약산은 일부만 이온화합니다: Ka = x²/(c − x), x = [H₃O⁺]. 약산과 그 짝염기로 된 완충 용액은 헨더슨–하셀바흐 식을 따릅니다: pH = pKa + log([A⁻]/[HA]).
평형
HA ⇌ H⁺ + A⁻: 산 중 x mol/L가 이온화합니다.
Ka = x²/(0.25 − x) → x = 0.0127 mol/L
pH
pH = −log(0.0127) = 1.896
답
pH = 1.896
12.pH와 완충 용액
답: pH = 4.143
pH: pH = −log₁₀[H₃O⁺], pOH = −log₁₀[OH⁻]이며 25 °C에서 pH + pOH = 14입니다. 강산과 강염기는 완전히 이온화합니다. 약산은 일부만 이온화합니다: Ka = x²/(c − x), x = [H₃O⁺]. 약산과 그 짝염기로 된 완충 용액은 헨더슨–하셀바흐 식을 따릅니다: pH = pKa + log([A⁻]/[HA]).
pKa
pKa = 4.745
헨더슨–하셀바흐 식
pH = 4.745 + log(0.1/0.4) = 4.143
답
pH = 4.143
13.반응 속도론
답: t½ = 20 min
Integrated rate laws: zero order: C = C₀ − kt (straight line, t½ = C₀/(2k)); first order: ln(C₀/C) = kt (t½ = ln 2/k); second order: 1/C − 1/C₀ = kt (t½ = 1/(kC₀)). Conversion X means C = C₀(1 − X).
2차 반응의 반감기
t½ = 1/(k·CA0) = 1/(0.1·0.5) = 20 min
답
t½ = 20 min
C₀가 절반이 되었으므로 이후의 반감기는 매번 두 배로 길어집니다.
14.반응 속도론
답: k2 = 0.006821 min⁻¹
반응 속도: 1차 반응은 −dC/dt = kC이므로 C = C₀·e−kt이고, 반감기 ln 2/k는 농도와 무관합니다. 2차 반응은 1/C = 1/C₀ + kt. 속도 상수는 아레니우스 식에 따라 온도와 함께 커집니다: k = A·e−Ea/(RT).
절대 온도
T1 = 308.1 K, T2 = 318.1 K
아레니우스 비
ln(k2/k1) = −(100000/8.314)·(1/318.1 − 1/308.1) = 1.227
k2 = 0.002·e1.227 = 0.006821 min⁻¹
답
k2 = 0.006821 min⁻¹
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