중화 반응 : H+(aq)+OH-(aq)→H2O(l)+57.7kJ
① 중화점 : 산의 H+와 염기의 OH-가 1:1로 반응하여 중화반응이 완결된 지점
② 중화점의 양적관계 : nMV=n'M'V' (n, n':산, 염기의 가수, M, M':산, 염기의 몰농도, V, V': 산, 염기의 부피)
③ 중화 적정 : 중화 반응을 이용하여 농도를 모르는 산이나 염기의 농도를 구하는 방법
④ 중화 적정에서 중화점의 확인
ㅇ 지시약 : 지시약으로 인한 혼합 용액의 색깔 변화가 일어나는 점
ㅇ 중화열 이용 : 중화적정에서 혼합용액의 온도 측정, 최고 온도
ㅇ 전기 전도도가 급변하는 점
⑤ 중화적정 곡선으로 알 수 잇는 것
ㅇ 농도를 모르는 산 또는 염기의 농도
ㅇ 반응에 사용된 산, 염기의 세기
ㅇ 반응에 사용한 산(염기)의 처음 이온화도 및 pH, 이온화상수
ㅇ 중화점에서 용액의 액성과 사용가능한 지시약의 종류
ㅇ 특정 지점에서 혼합 용액의 완충 용액 여부
염의 가수분해 : 염에서 나온 이온의 일부가 물과 반응하여 H+이나 OH- 생성
ㅇ 가수분해되는 이온 : 약산의 음이온→F-. CH3COO-, CO32-, HCO3-, PO43-, S2- 등
ㅇ 약염기의 양이온→NH4+, Mg2+, Mg(OH)+, Fe2+, Cu2+ 등
① 강산-강염기의 염 : 물에 녹아 이온화될 뿐 가수분해 안 됨 (예) NaCl, KNO3, NaHSO4
② 약산-강염기의 염 : 물에 녹아 약산의 짝염기(음이온)가 가수분해 되어 염기성을 띰
(예) CH3COONa의 가수 분해
ㅇ 이온화 : CH3COONa→CH3COO-+Na+
ㅇ 가수분해 : CH3COO-+H2O⇄CH3COOH+OH-⇨ 약염기성
③ 강산-약염기의 염 : 물에 녹아 약염기의 짝산(양이온)이 가수분해되어 산성을 띰
(예) NH4Cl의 가수분해
ㅇ 이온화 : NH4Cl→NH4++Cl-
ㅇ 가수분해 : NH4++H2O⇄NH3+H3O+ ⇨ 약산성
④ 약산-약염기의 염 : 가수분해되나 용액은 거의 중성임
완충 용액
① 강산이나 강염기를 넣어도 pH가 크게 변하지 않는 용액. (예)혈액
② 만드는 방법: 약한산+얘의 짝염기, 약한 염기+얘의 짝산
(예) CH3COOH + CH3COONa, NaH2PO4 + Na2HPO4,
H2CO3 + NaHCO3, NH3 + NH4Cl
③ 완충 용액의 작용 원리 → 농도에 의한 평형이동(공통 이온의 효과)
(예) 아세트산과 아세트산나트륨을 혼합한 완충 용액
ㅇ 아세트산은 일부만 이온화 : CH3COOH(aq)⇄CH3COO-(aq)+H+(aq) ➡ 정반응 약간
ㅇ 아세트산나트륨은 거의 이온화 : CH3COONa(aq)→CH3COO-(aq)+Na+(aq) ➡ 거의 이온화
ㅇ 산을 가하면 : CH3COO-(aq)+H+(aq) → CH3COOH(aq) ➡ pH가 거의 일정
ㅇ 염기를 가하면 : CH3COOH(aq)+OH-(aq) → CH3COO-(aq)+H2O, ➡ pH가 거의 일정
(예) 혈액의 완충작용 : CO2+H2O⇄H2CO3⇄H++HCO3-
ㅇ 젖산 생성:역반응으로 평형이동, 혈중 pH 증가:정반응으로 평형이동 ➡ pH가 거의 일정
산화,환원 반응
(1) 산화수에 의한 산화 ,환원 반응 정의
① 산화수 증가→산화, 산화수 감소→환원
② 산화,환원 반응의 계수 정리와 양적 관계 : 증가된 산화수(잃은 전자수)=감소된 산화수(얻은 전자수).
(2) 전지의 원리
(예) 다니엘 전지
ㅇ 전지식 : (-)Zn(s)｜Zn2+(aq)∥Cu2+(aq)｜Cu(s)(+)
(-)극(Zn판) : Zn(s)―→Zn2+(aq)+2e- (산화)
(+)극(Cu판) : Cu2+(aq)+2e-―→Cu(s) (환원)
전체반응:Zn(s)+Cu2+(aq)―→Zn2+(aq)+Cu(s)
ㅇ 전자 이동 : Zn→Cu. 전류:Cu→Zn
ㅇ 염다리 : 각 반쪽전지에 부족한 이온 공급, 양이온과 음이온의 전하의 균형을 이루게 하여 지속적인 기전력을 유지시키는 역할
ㅇ 전체 반응=산화 반쪽반응+환원 반쪽반응(잃은 e-수=얻은 e-수)
(3) 표준 전극 전위(E^0), 단위 V
① A2+의 농도가 1M인 용액에 A금속판을 담근 반쪽전지(A｜A2+)를 표준 수소 전극(Pt,H2｜H+)과 연결한 전지에서 측정한 표준 기전력=반쪽 전지(A｜A2+)의 표준 전극 전위값(25℃, 1atm)
② 어떤 물질(이온, 분자, 원자)이 전자를 잃거나 얻는 능력을 수치로 표시
(예) (-) Zn l zn ^2+ II H^+ I H2 , Pt (+) 에서 측정한 표준 기전력 0.76V=아연의 표준 전극 전위
③ 표준환원전위 → 반쪽 반응을 전자를 얻는 환원 반응을 기준으로 했을 때의 표준 전극 전위
클수록 전자 얻어 환원되기 쉽다.
④ 표준산화전위 → 반쪽반응을 전자를 잃는 산화 반응을 기준으로 했을 때의 표준 전극 전위
클수록 전자 얻어 산화되기 쉽다.
ㅇ 표준 환원 전위=-표준 산화 전위
(예) Zn2++2e-→Zn Eo =-0.76V , Zn(s)―→Zn2+(aq)+2e- Eo =+0.76V
⑤ 표준 전극 전위의 이용
ㅇ 전지의 (-)극→Eo환원 작은 전극 , (+)극→Eo환원 큰 전극
ㅇ 표준 기전력=Eo(+)극의 Eo환원－(－)극의 Eo환원=큰 값의Eo환원－작은 값의Eo환원
ㅇ 산화․환원 반응의 자발성 예측
(예) Pb+Zn2+→Pb2++Zn 반응의 진행 방향 예측
Pb2++2e-→Pb Eo =-0.13V, Zn2++2e-→Zn Eo =-0.76V
(4) 실용전지
① 납축전지
ㅇ 전지식 : (－)Pb(s)｜H2SO4(aq)｜PbO2(s) Eo=2.1V
ㅇ 방전시 각 전극에서의 반응
(－)극(Pb판) :Pb+SO42-→PbSO4(s)↓+2e- (산화)
(+)극(PbO2판):PbO2+4H++SO42-+2e-→PbSO4(s)↓+2H2O (환원)
방전
전체반응 : Pb+PbO2+2H2SO4⇄ 2PbSO4(s)↓+2H2O
충전
ㅇ 방전시 변화 : (-)극과 (+)극의 질량 증가, 황산 수용액의 밀도 및 질량 감소, pH 증가
ㅇ 충전시 : 다른 직류 전원의 같은 극끼리 연결 : 모든 변화 방전할 때의 반대
② 수소-산소 연료 전지 : 수소와 산소의 산화․환원 반응시 화학에너지→전기 에너지로
ㅇ 전지식 : (－)C,H2(g)｜KOH(aq)｜O2(g),C(+)
ㅇ 방전시 각 전극에서의 반응
(+)극 : O2+2H2O+4e-→4OH- (환원) Eo=0.401V
(－)극 : 2H2+4OH-→4H2O+4e- (산화) Eo=0.828V
전체반응 : 2H2+O2→2H2O Eo=1.229V
ㅇ 무공해 친환경적, H2 자원 무한정, 화석 연료의 대체 에너지
(5) 전기 분해
① 용융액의 전기 분해
(예) NaCl 용융액의 전기 분해 → Na+(l), Cl-(l)만 존재
(－)극에서의 반응 : Na＋(l)＋e－ → Na(s) (환원)
(＋)극에서의 반응 : Cl－(l) →1/2Cl2(g)＋e－ (산화)
전체 반응 : Na＋(l)＋Cl－(l) →Na(s)+1/2Cl2(g)
ㅇ K, Na처럼 반응성이 큰 금속도 (-)극에서 얻을 수 있음
② 수용액의 전기 분해
ㅇ (-)극 : 양이온과 물분자 중 전자를 얻기 쉬운 것=표준 환원 전위가 큰 것이 전자 얻어 환원
Na+(aq)+e- →Na(s)
2H2O(l)+2e- →H2(g)+2OH-(aq)
Cu2+(aq)+2e- →Cu(s)
}
공존시 2H2O(l)+2e- →H2(g)+2OH-(aq)
}
공존시 Cu2+(aq)+2e- →Cu(s)
ㅇ (+)극 : 음이온과 물분자 중 전자를 잃기 쉬운 것=표준 환원 전위가 작은 것이 전자 잃어 산화
SO42-, NO3-, CO32-, PO43- 등 Eo산화=-3V이하
2H2O(l)→O2(g)+4H+(aq)+4e- Eo산화=-1.23V
2Br-(aq)→Br2(l)+2e- Eo산화=-1.08V
}
공존시 2H2O(l)→O2(g)+4H+(aq)+4e-
}
공존시 2Br-(aq)→Br2(l)+2e-
ㅇ 물의 전기 분해(전해질 NaNO3 사용시), H2SO4(aq)의 전기 분해, NaOH(aq)의 전기분해
→ 전극의 반쪽 반응 및 pH변화는 다르나 전체 반응은 2H2O(l) →2H2(g)+O2(g)로 물이 전기 분해된 결과와 같다는 공통점
ㅇ 전기 분해시 전극으로 반응성이 작은 백금이나 탄소 사용 : 다른 금속을 사용하면 금속의 에 따라 전극 자체도 전자 잃을 수 있음(전기 도금)
(예) CuCl2 수용액 전기 분해시 전극으로 탄소봉과 구리를 사용했을 때 생성 물질 비교
(6) 패러데이의 법칙
① 전기 분해에 의해 생성되는 물질의 양 ∝ 통해준 전하량
② 1F의 전하량으로 생기는 홑원소 물질의 질량(g)=
③ 1F=1.6*10^-19×6.02×1023≒96500C
④ 전하량 Q=I*t (C=A*s)
ㅇ 필수 요소 : 각 전극의 산화,환원 반쪽 반응식
⑤ 전기 분해의 응용
① 중화점 : 산의 H+와 염기의 OH-가 1:1로 반응하여 중화반응이 완결된 지점
② 중화점의 양적관계 : nMV=n'M'V' (n, n':산, 염기의 가수, M, M':산, 염기의 몰농도, V, V': 산, 염기의 부피)
③ 중화 적정 : 중화 반응을 이용하여 농도를 모르는 산이나 염기의 농도를 구하는 방법
④ 중화 적정에서 중화점의 확인
ㅇ 지시약 : 지시약으로 인한 혼합 용액의 색깔 변화가 일어나는 점
ㅇ 중화열 이용 : 중화적정에서 혼합용액의 온도 측정, 최고 온도
ㅇ 전기 전도도가 급변하는 점
⑤ 중화적정 곡선으로 알 수 잇는 것
ㅇ 농도를 모르는 산 또는 염기의 농도
ㅇ 반응에 사용된 산, 염기의 세기
ㅇ 반응에 사용한 산(염기)의 처음 이온화도 및 pH, 이온화상수
ㅇ 중화점에서 용액의 액성과 사용가능한 지시약의 종류
ㅇ 특정 지점에서 혼합 용액의 완충 용액 여부
염의 가수분해 : 염에서 나온 이온의 일부가 물과 반응하여 H+이나 OH- 생성
ㅇ 가수분해되는 이온 : 약산의 음이온→F-. CH3COO-, CO32-, HCO3-, PO43-, S2- 등
ㅇ 약염기의 양이온→NH4+, Mg2+, Mg(OH)+, Fe2+, Cu2+ 등
① 강산-강염기의 염 : 물에 녹아 이온화될 뿐 가수분해 안 됨 (예) NaCl, KNO3, NaHSO4
② 약산-강염기의 염 : 물에 녹아 약산의 짝염기(음이온)가 가수분해 되어 염기성을 띰
(예) CH3COONa의 가수 분해
ㅇ 이온화 : CH3COONa→CH3COO-+Na+
ㅇ 가수분해 : CH3COO-+H2O⇄CH3COOH+OH-⇨ 약염기성
③ 강산-약염기의 염 : 물에 녹아 약염기의 짝산(양이온)이 가수분해되어 산성을 띰
(예) NH4Cl의 가수분해
ㅇ 이온화 : NH4Cl→NH4++Cl-
ㅇ 가수분해 : NH4++H2O⇄NH3+H3O+ ⇨ 약산성
④ 약산-약염기의 염 : 가수분해되나 용액은 거의 중성임
완충 용액
① 강산이나 강염기를 넣어도 pH가 크게 변하지 않는 용액. (예)혈액
② 만드는 방법: 약한산+얘의 짝염기, 약한 염기+얘의 짝산
(예) CH3COOH + CH3COONa, NaH2PO4 + Na2HPO4,
H2CO3 + NaHCO3, NH3 + NH4Cl
③ 완충 용액의 작용 원리 → 농도에 의한 평형이동(공통 이온의 효과)
(예) 아세트산과 아세트산나트륨을 혼합한 완충 용액
ㅇ 아세트산은 일부만 이온화 : CH3COOH(aq)⇄CH3COO-(aq)+H+(aq) ➡ 정반응 약간
ㅇ 아세트산나트륨은 거의 이온화 : CH3COONa(aq)→CH3COO-(aq)+Na+(aq) ➡ 거의 이온화
ㅇ 산을 가하면 : CH3COO-(aq)+H+(aq) → CH3COOH(aq) ➡ pH가 거의 일정
ㅇ 염기를 가하면 : CH3COOH(aq)+OH-(aq) → CH3COO-(aq)+H2O, ➡ pH가 거의 일정
(예) 혈액의 완충작용 : CO2+H2O⇄H2CO3⇄H++HCO3-
ㅇ 젖산 생성:역반응으로 평형이동, 혈중 pH 증가:정반응으로 평형이동 ➡ pH가 거의 일정
산화,환원 반응
(1) 산화수에 의한 산화 ,환원 반응 정의
① 산화수 증가→산화, 산화수 감소→환원
② 산화,환원 반응의 계수 정리와 양적 관계 : 증가된 산화수(잃은 전자수)=감소된 산화수(얻은 전자수).
(2) 전지의 원리
(예) 다니엘 전지
ㅇ 전지식 : (-)Zn(s)｜Zn2+(aq)∥Cu2+(aq)｜Cu(s)(+)
(-)극(Zn판) : Zn(s)―→Zn2+(aq)+2e- (산화)
(+)극(Cu판) : Cu2+(aq)+2e-―→Cu(s) (환원)
전체반응:Zn(s)+Cu2+(aq)―→Zn2+(aq)+Cu(s)
ㅇ 전자 이동 : Zn→Cu. 전류:Cu→Zn
ㅇ 염다리 : 각 반쪽전지에 부족한 이온 공급, 양이온과 음이온의 전하의 균형을 이루게 하여 지속적인 기전력을 유지시키는 역할
ㅇ 전체 반응=산화 반쪽반응+환원 반쪽반응(잃은 e-수=얻은 e-수)
(3) 표준 전극 전위(E^0), 단위 V
① A2+의 농도가 1M인 용액에 A금속판을 담근 반쪽전지(A｜A2+)를 표준 수소 전극(Pt,H2｜H+)과 연결한 전지에서 측정한 표준 기전력=반쪽 전지(A｜A2+)의 표준 전극 전위값(25℃, 1atm)
② 어떤 물질(이온, 분자, 원자)이 전자를 잃거나 얻는 능력을 수치로 표시
(예) (-) Zn l zn ^2+ II H^+ I H2 , Pt (+) 에서 측정한 표준 기전력 0.76V=아연의 표준 전극 전위
③ 표준환원전위 → 반쪽 반응을 전자를 얻는 환원 반응을 기준으로 했을 때의 표준 전극 전위
클수록 전자 얻어 환원되기 쉽다.
④ 표준산화전위 → 반쪽반응을 전자를 잃는 산화 반응을 기준으로 했을 때의 표준 전극 전위
클수록 전자 얻어 산화되기 쉽다.
ㅇ 표준 환원 전위=-표준 산화 전위
(예) Zn2++2e-→Zn Eo =-0.76V , Zn(s)―→Zn2+(aq)+2e- Eo =+0.76V
⑤ 표준 전극 전위의 이용
ㅇ 전지의 (-)극→Eo환원 작은 전극 , (+)극→Eo환원 큰 전극
ㅇ 표준 기전력=Eo(+)극의 Eo환원－(－)극의 Eo환원=큰 값의Eo환원－작은 값의Eo환원
ㅇ 산화․환원 반응의 자발성 예측
(예) Pb+Zn2+→Pb2++Zn 반응의 진행 방향 예측
Pb2++2e-→Pb Eo =-0.13V, Zn2++2e-→Zn Eo =-0.76V
(4) 실용전지
① 납축전지
ㅇ 전지식 : (－)Pb(s)｜H2SO4(aq)｜PbO2(s) Eo=2.1V
ㅇ 방전시 각 전극에서의 반응
(－)극(Pb판) :Pb+SO42-→PbSO4(s)↓+2e- (산화)
(+)극(PbO2판):PbO2+4H++SO42-+2e-→PbSO4(s)↓+2H2O (환원)
방전
전체반응 : Pb+PbO2+2H2SO4⇄ 2PbSO4(s)↓+2H2O
충전
ㅇ 방전시 변화 : (-)극과 (+)극의 질량 증가, 황산 수용액의 밀도 및 질량 감소, pH 증가
ㅇ 충전시 : 다른 직류 전원의 같은 극끼리 연결 : 모든 변화 방전할 때의 반대
② 수소-산소 연료 전지 : 수소와 산소의 산화․환원 반응시 화학에너지→전기 에너지로
ㅇ 전지식 : (－)C,H2(g)｜KOH(aq)｜O2(g),C(+)
ㅇ 방전시 각 전극에서의 반응
(+)극 : O2+2H2O+4e-→4OH- (환원) Eo=0.401V
(－)극 : 2H2+4OH-→4H2O+4e- (산화) Eo=0.828V
전체반응 : 2H2+O2→2H2O Eo=1.229V
ㅇ 무공해 친환경적, H2 자원 무한정, 화석 연료의 대체 에너지
(5) 전기 분해
① 용융액의 전기 분해
(예) NaCl 용융액의 전기 분해 → Na+(l), Cl-(l)만 존재
(－)극에서의 반응 : Na＋(l)＋e－ → Na(s) (환원)
(＋)극에서의 반응 : Cl－(l) →1/2Cl2(g)＋e－ (산화)
전체 반응 : Na＋(l)＋Cl－(l) →Na(s)+1/2Cl2(g)
ㅇ K, Na처럼 반응성이 큰 금속도 (-)극에서 얻을 수 있음
② 수용액의 전기 분해
ㅇ (-)극 : 양이온과 물분자 중 전자를 얻기 쉬운 것=표준 환원 전위가 큰 것이 전자 얻어 환원
Na+(aq)+e- →Na(s)
2H2O(l)+2e- →H2(g)+2OH-(aq)
Cu2+(aq)+2e- →Cu(s)
}
공존시 2H2O(l)+2e- →H2(g)+2OH-(aq)
}
공존시 Cu2+(aq)+2e- →Cu(s)
ㅇ (+)극 : 음이온과 물분자 중 전자를 잃기 쉬운 것=표준 환원 전위가 작은 것이 전자 잃어 산화
SO42-, NO3-, CO32-, PO43- 등 Eo산화=-3V이하
2H2O(l)→O2(g)+4H+(aq)+4e- Eo산화=-1.23V
2Br-(aq)→Br2(l)+2e- Eo산화=-1.08V
}
공존시 2H2O(l)→O2(g)+4H+(aq)+4e-
}
공존시 2Br-(aq)→Br2(l)+2e-
ㅇ 물의 전기 분해(전해질 NaNO3 사용시), H2SO4(aq)의 전기 분해, NaOH(aq)의 전기분해
→ 전극의 반쪽 반응 및 pH변화는 다르나 전체 반응은 2H2O(l) →2H2(g)+O2(g)로 물이 전기 분해된 결과와 같다는 공통점
ㅇ 전기 분해시 전극으로 반응성이 작은 백금이나 탄소 사용 : 다른 금속을 사용하면 금속의 에 따라 전극 자체도 전자 잃을 수 있음(전기 도금)
(예) CuCl2 수용액 전기 분해시 전극으로 탄소봉과 구리를 사용했을 때 생성 물질 비교
(6) 패러데이의 법칙
① 전기 분해에 의해 생성되는 물질의 양 ∝ 통해준 전하량
② 1F의 전하량으로 생기는 홑원소 물질의 질량(g)=
③ 1F=1.6*10^-19×6.02×1023≒96500C
④ 전하량 Q=I*t (C=A*s)
ㅇ 필수 요소 : 각 전극의 산화,환원 반쪽 반응식
⑤ 전기 분해의 응용
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