화학량론: 단계별 풀이가 있는 연습 문제

1화학량론이란

화학 반응식은 요리법입니다. 2H₂ + O₂ → 2H₂O는 수소 분자 두 개가 산소 분자 한 개와 반응하여 물 분자 두 개를 만든다는 뜻입니다.

화학량론은 이 요리법으로 “얼마나?” 하는 질문에 답합니다: 주어진 출발 물질의 양에서 생성물이 얼마나 나오는지, 또는 얼마나 필요한지.

화학식 앞의 숫자가 계수입니다. 그램이 아니라 입자의 수를 셉니다. 식은 균형이 맞아야 합니다: 모든 원자가 양쪽에 같은 횟수로 나타납니다.

입자는 하나씩 세기에는 너무 작아서 화학자들은 몰로 셉니다. 1몰은 6.022 × 10²³개의 입자로, 1다스가 달걀 12개인 것과 같습니다.

그래서 계수는 몰비도 알려 줍니다: H₂ 2 mol이 O₂ 1 mol과 반응하여 H₂O 2 mol을 줍니다.

2몰과 몰 질량

저울은 그램을 재지만 반응식은 몰로 작동합니다. 몰 질량 M이 둘을 연결합니다: 1몰의 질량이며 단위는 g/mol입니다.

M은 주기율표의 원자량을 더해 구합니다. H = 1.0, C = 12.0, O = 16.0일 때:

• M(H₂O) = 2 · 1.0 + 16.0 = 18.0 g/mol
• M(CO₂) = 12.0 + 2 · 16.0 = 44.0 g/mol
• M(CH₄) = 12.0 + 4 · 1.0 = 16.0 g/mol

예: 물 36 g은 36 / 18.0 = 2.0 mol의 물입니다.

시험 문제는 보통 몰 질량을 소수 둘째 자리까지 줍니다. 주어진 값을 쓰세요.

3단계별 방법

질량에서 질량을 구하는 모든 문제는 같은 길을 따릅니다: 그램에서 몰로, 몰비로 반응식을 가로질러, 다시 그램으로.

1. 반응식의 균형이 맞는지 확인하세요.
2. 주어진 A의 질량을 몰로 바꾸세요: n_A = m_A / M_A.
3. 계수를 쓰세요: n_B = n_A · b / a이며 a와 b는 A와 B의 계수입니다.
4. 질량으로 되돌리세요: m_B = n_B · M_B.
5. 반응물이 둘 주어지면 먼저 한계 반응물을 찾고 그것에서 시작하세요.
6. 수득률은 실제로 얻은 질량을 계산한 질량과 비교합니다.

4풀이 예제

모든 단계를 따라가 보세요. 다음 단계를 열기 전에 미리 예측해 보세요.

5한계 반응물과 수득률

반응물이 둘 주어지면 보통 하나가 먼저 떨어집니다. 그것이 한계 반응물입니다. 생성물이 얼마나 생기는지를 정하고, 다른 하나는 남습니다(과량).

찾으려면 각 반응물의 몰수를 그 계수로 나눕니다. 더 작은 결과가 한계 반응물의 것입니다.

예: H₂ 4.0 g(M = 2.0)과 O₂ 16 g(M = 32)이 2H₂ + O₂ → 2H₂O로 반응합니다. H₂ 2.0 mol과 O₂ 0.50 mol입니다.

따라서 O₂ 0.50 mol은 0.50 · 2 = 1.0 mol의 물, 즉 18 g을 줍니다. 수소의 일부는 남습니다.

실제로는 생성물을 전부 모으지 못합니다. 수득률은 얻은 양을 계산한 양, 즉 이론 수득량과 비교합니다:

6흔한 실수

• 몰비 대신 질량비를 쓰기. 계수는 몰을 세는 것이지 그램이 아닙니다.
• 균형이 맞지 않은 반응식으로 계산하기.
• 한계 반응물이 아니라 과량인 반응물에서 시작하기.
• 계수로 나누지 않고 가장 작은 질량이나 가장 작은 몰수로 한계 반응물을 고르기.
• 실제를 이론으로 나누는 방향을 거꾸로 하기. 수득률은 100%를 넘지 않습니다.
• 몰수를 너무 일찍 반올림하기. 끝까지 유효숫자 세네 자리를 유지하세요.

7시험 문제의 유형

• 쉬움: 질량에서 질량으로. 반응물 하나가 주어지고 나머지는 과량입니다. 생성물의 질량을 구합니다.
• 보통: 한계 반응물. 반응물 두 질량이 주어집니다. 한계 반응물을 찾은 다음 생성물의 질량을 구합니다.
• 어려움: 수득률. 이론 수득량을 계산한 뒤 실제로 모은 질량과 비교합니다.

몰 질량은 문제에 주어집니다. 모든 답 옆에 m → n → n → m의 길 안내를 적어 두세요.