[짧은 화학 - 화학2] 산염기평형에서의 정량적 계산1 (수정)

수정사항

1. 가독성 보완

2. 잘못된 내용 수정

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안녕하세요.

오늘은 저번에 말씀드렸던 바와 같이 산염기평형에서의 정량적 계산에 대해 다루도록 하겠습니다.

오늘의 목적은 크게 2가지가 있는데요!

1. 여러분들이 그동안 화2 산염기 평형을 공부하면서 겪었던 개념의 모호함 해소

2. 수능 산염기 중화반응 킬러 대비

모두 잘 얻어가시길 바라겠습니다. ^^

1편에서는 초기농도가 유지되는 상황

2편에서는 초기농도가 유지되지 않는 상황

을 다루도록 하겠습니다.

우선 화2를 하시는 여러분들께 질문을 드려보도록 하겠습니다.

위 값은 무엇을 의미하나요? 대답해보세요!

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만약 여러분이 '이온화도'라고 대답을 하셨다면, 안타깝습니다.

문제를 풀 때 해석에 있어서 잘못된 계산을 할 가능성이 매우 크십니다.

사실 이 값이 이온화도를 의미하는 것은 굉장히 부분적인 경우에 한해서 해당합니다.

예시를 통해 이해해보도록 하겠습니다.

상황 1. 산만 존재하는 상황

1. 이 경우, 해당 값은 이온화도(α)로 볼 수 있습니다.

2. 따라서 우리가 자주하는 계산을 이용하여

[H⁺]= c*α=10^-4, pH=4

Ka=c*α²=10^-6

을 이끌어 낼 수 있습니다.

상황 1-1. 산만 존재하는 상황

-기출된 적 없음(수정 전)

(이온화 정도가 유의미하게 높은 경우, 올 6평 문항 해당)

1. 이 경우, 해당 값은 이온화도(α)로 볼 수 없습니다.

[A^-]:[HA]=1:10이기 때문에 이 상황에서의 이온화도는 전체 11 중 1개만 이온화 된 상황,

즉 α=1/11로 보셔야합니다.

2. 이 경우에는 우리가 자주하는 계산을 이용할 수 없습니다.

우리가 사용하는 계산은 기본적으로 약산을 전제합니다.

물론 위의 예시는 강산이라고 보기는 어려운 산이 맞습니다만.

우리가 원래 사용하는 식에서 가정하는 1-α=1을 더이상 사용할 수 없습니다.

직접 대입을 해야 합니다.

<참고> 평가원에서 위 케이스를 다룬 적은 없지만, 과거 수능특강 2점문제로 나온적은 있습니다.

<수정> 이번 6평 문제 중 하나를 초기 이온화 정도가 높은 상황으로 생각할 수 있습니다. 

           2편에서 추가적으로 다루겠습니다.

여기서 말씀드리고자 하는 것은

1. 결국 여러분이 사용하는 식은 기본적으로 근사를 적용하는 식이라는 점

ex) 1/100도 결국 1/101의 근사치임, Ka=c*α²도 근사식임

2. [A^-]/[HA]가 이온화도를 의미하는 경우는 극히 일부분인 점

입니다.

특히 첫번째 이유 때문에, 

여러분들이 개념적으로 공통이온효과를 적용하는 부분과 수식적으로 계산을 할 때 모순을 느끼는 경우가 있을 수 있는데요! 이 부분에 대해서는 이따가 설명하도록 하겠습니다.

상황 2. 짝염기만 존재하는 상황

출처는 이번 9평 16번입니다.

이 경우에는 어떻게 이해해야 할까요?

네. 정답은 그냥 짝산과 짝염기의 존재비율입니다.

사실 제가 첫번째 냈던 문제의 정답이기도 합니다.

따라서 풀이는 그대로 대입한다가 되겠죠.

NaA 수용액에서는 A^-가 염기로 작용하는 상황이므로

답은 이렇게 나오겠죠?

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1번과 2번의 공통점은 모두 부분적인 근사가 이루어졌고

그 공통점은 '초기농도가 평형 이후 유지된다는 전제하'에 계산한다는 것입니다.

그렇다면 여러분들이 개념적으로 헤멜 수 있는 것은 바로

완충용액에서의 공통이온효과와 약산의 초기농도가 유지된다는 가정의 충돌입니다.

이 점에 대해 짚고 넘어가지 않으면 계산문제는 잘푸는데 오히려 개념적인 부분에 대해서 헤멜 수 있습니다.

이 부분을 명심해주세요!

1. 완충효과(공통이온효과)는 평형이동의 개념으로 생각하며 그 정량적인 계산은 생각하지 않는다.

: 교육과정 근거 - 정성적인 관점에서 다룬다.

2. 평형을 계산적으로 처리하는 과정에서 근사를 사용한다.

: 초기농도가 유지되는 상황(상황 1, 상황 2)에서 근사를 이용하여 계산적으로 처리한다.

초기농도가 유지되는 상황에서는 이온화된 정도의 의미로 사용했기 때문에 앞선 계산이 가능했습니다.

하지만 추가적인 반응(중화반응)이 관여된 상태에서는 

이온화된 정도의 의미가 아니라

반응의 진행정도의 의미를 갖게 됩니다.

다음 시간에는 중화반응이 관여된 상황에서의 [A^-]/[HA]를 해석하는 해석도구를 다루어보도록 하겠습니다.

감사합니다.

추가적인 질문은 언제든지 환영입니다.

* 초기농도 유지 조건의 명확한 기준에 대한 내용 등 심화된 내용은 글이 너무 길어질 것 같아 다루지 않았습니다.

해당 내용은 수능과 직접적인 연관성은 없기도 하기에

나중에 올릴 [짧은 화학 - 교과 외] 산염기 적정에서의 몇가지 의문점에서 다루도록 하겠습니다.