[화1] 2023 양적관계를 위한 조언 (4)

안녕하세요 수능 화학 강사 김동준입니다.

오늘부터는 화학 반응식 파트로 들어가서

화학 반응식의 “반응량”에 대해 살펴보려고 합니다.

심플하게 생각해서 화학 반응을 ‘많이’하면

반응물도 ‘많이’ 없어지고 생성물도 ‘많이’ 생성되겠죠.

많이 반응하면 전체 변화량 또한 커지게 되는데

반대로 화학 반응을 ‘조금’하면

반응물도 ‘조금’ 없어지고 생성물도 ‘조금’ 생성되며

전체 변화량 또한 작게 나타나게 될겁니다.

그런데 이러한 반응물과 생성물, 전체 변화량은

다 같은 ‘비율’을 가지고 서로 연결되어 있습니다.

반응식이 같으면 몰수 비와 질량 비가 항상 일정하므로

예를 들어 A:B:C=2:1:2 몰수 비를 갖는 반응에서 

A가 4몰 반응했는데 B는 1몰만 반응할 수 없겠죠.

생성물이나 전체 변화량도 마찬가지로 반응물과 함께

모두 같은 ‘비율’을 가지고 연결되어 있습니다.

(물론 반응물과 생성물의 계수가 같아서 몰수 변화가 

없는 반응의 경우 변화량 파악을 할 수 없겠지만

대부분의 반응이 감소하는 반응이거나 증가하는 반응이고

계수가 같을 경우는 다른 단서를 주니 괜찮습니다.)

정리하면,

(반응량 비) 

= (감소하는 반응물 비)

= (증가하는 생성물 비) 

= (감소량 또는 증가량 비) 입니다.

그럼 문제에 적용을 해볼까요.

2021년 3월 학평 화1 20번입니다.

실험Ⅰ, Ⅱ에서 생성물 C가 각각 22g, 33g 생성되었으므로

반응량 비 2:3이고 따라서 반응물 A, B도 각각 2:3으로 

반응해야 하며 전체 변화량도 2:3임을 추론할 수 있습니다.

실험Ⅰ에서 A가 모두 반응할 수도 있고 B가 모두 반응할 수도

있는데 생성되는 C가 22g이기 때문에 B가 28g 소모되는건

질량 보존 법칙에 위배되므로 A가 8g 모두 반응하고

B는 28g 중 14g이 반응해야 합니다.

반응량이 2:3이므로 실험Ⅱ에서는 A가 12g, B가 21g 반응하고

A가 남으므로 B는 모두 소모되어 y=21을 얻을 수 있습니다.

실험Ⅰ,Ⅱ의 반응 전과 실험Ⅱ의 반응 후 부피비를 구하면

이고

실험Ⅱ에서 반응 전 후 변화량이 –1.5이므로

실험Ⅰ에서 반응 전 후 변화량은 –1이어야 하고 (2:3)

따라서 실험Ⅰ의 반응 전 후 부피비는 5:4가 됩니다.

부피비가 5:4인데 질량은 일정하므로 밀도비는 4:5이고

x=90을 알아낼 수 있습니다.

(3개를 한꺼번에 비교하긴 했는데 실험Ⅰ,Ⅱ 반응 전 

부피 비 5:6, 실험Ⅱ 반응 전 후 부피 비 4:3을

각각 찾아서 연결해도 됩니다.)

두 번째로 2021학년도 대비 6평 화1 19번입니다.

실험Ⅰ,Ⅱ에서 변화량이 각각 –0.5V, –V이므로

반응량이 1:2이고 반응물 A, B는 각각 1:2로 반응합니다.

실험Ⅰ에서 A가 2n몰 모두 반응하면 

실험Ⅱ에서는 A가 4n몰 반응하여야 하는데 모순이므로 

실험Ⅰ에서 B가 n몰 모두 반응하고,

실험Ⅱ도 마찬가지로 B가 3n몰 모두 반응하면

실험Ⅰ에서 B가 1.5n몰 반응하여야 하므로 모순이죠.

따라서 실험Ⅱ에서는 A가 n몰 모두 반응합니다.

이를 이용하여 실험Ⅱ의 반응식을 쓰면,

이고 계수 b=c=2를 얻을 수 있습니다.

실험Ⅲ에서 A가  xg 남는다는 조건이 있으므로 

B는 모두 소모되고 이를 통해 질량 반응식을 쓰면,

이고 반응 질량비 1 : 4 : 5를 얻을 수 있습니다.

질량비를 계수비로 나누어 분자량비 2 : 4 : 5도

얻을 수 있죠. 

또 계수비를 질량비에 적용시키면 

실험Ⅲ의 반응 전 부피가 인 것도 알 수 있는데

실험Ⅲ의 반응 전 부피를 알아내는 부분은 

설명이 좀 길어지니까 다음 글에 이어서

말씀드리도록 하겠습니다.

실험Ⅱ는 반응 전 후 4V → 3V 이고

실험Ⅲ은 반응 전 후  →  이므로 

반응량이 –1 : - = 8 : 9임을 알 수 있습니다.

따라서 생성된 C의 몰수 비도 8 : 9가 됩니다.

이처럼 ‘반응량’을 활용하면 반응식을 다 안쓰고

문제를 해결할 수 있으니 잘 정리해두면 좋겠습니다.

실험Ⅲ의 반응 전 부피를 알아내는 파트는

두 가지정도로 설명이 가능한데

다음 글에 논리 하나를 말씀드리면서 정리해보고 

그 다음 글에 또 다른 논리 하나를 말씀드리면서 

다른 방법으로도 정리를 해보려고 합니다.

오늘도 긴 글 읽어주셔서 감사합니다 ^^