【환경화학】 2016 국가공무원 5급(기술) 제5문

2016 국가공무원 5급(기술) 제5문

 

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a. 착물화학

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Q. 공기와 접촉이 없는 지하수계에서 금속 이온 화학종들은 물과 반응하여 수산화착물을 형성하거나 침전물을 형성한다. 지하수에 산화수가 +2인 Fe(Ⅱ) 화학종만 존재한다고 가정할 때, 침전물인 Fe(OH)2(s)의 용해도곱 상수(Ksp)와 주된 Fe(Ⅱ) 화학종의 착물형성상수, K1, K2는 아래와 같다. 다음 물음에 답하시오.

 

Fe(OH)₂(s) ⇄ Fe²⁺ + 2OH^-, Ksp = 1.0 × 10^-14.5 

Fe²⁺ + OH^- ⇄ FeOH⁺, K₁ = 1.0 × 10^5.1

Fe²⁺ + 3OH^- ⇄ Fe(OH)₃^-, K₂ = 1.0 × 10^9.4

 

Q1. 용존 Fe(Ⅱ) 화학종의 총 농도(C_T,Fe)를 나타내는 질량균형식을 쓰시오.

 

A1. 

C_T,Fe = [Fe²⁺] + [FeOH⁺] + [Fe(OH)₃^-] 

 

완충용액이 아닌 경우 : 

[Fe²⁺]₀ = [Fe²⁺] + [FeOH⁺] + [Fe(OH)₃^-]

[OH^-]₀ = [OH^-] + [FeOH⁺] + [Fe(OH)₃^-] × 3

[OH^-]₀ = 2 × [Fe²⁺]₀이므로,

[OH^-] + [Fe(OH)₃^-] = [Fe²⁺] × 2 + [FeOH⁺]

 

Q2. 질량균형식에 나타난 각 Fe(Ⅱ) 화학종의 로그농도(log C)를 pH 함수로 나타내시오.

 

A2. 

log（[Fe²⁺]）+ 2 log（[OH^-]）= -14.5

→ log（[Fe²⁺]）= -14.5 + 2 pOH = 13.5 - 2 pH

log（[FeOH⁺]）- log（[Fe²⁺]）- log（[OH^-]） = 5.1

→ log（[FeOH⁺]）= 4.6 - pH

log（[Fe(OH)₃^-]） - log（[Fe²⁺]）- 3 log（[OH^-]）= 9.4

→ log（[Fe(OH)₃^-]）= -19.1 + pH

 

Q3. pH가 8인 지하수에서 가장 농도가 높은 용존 Fe(Ⅱ) 화학종의 농도를 구하시오.

 

A3. 

log（[Fe²⁺]）= 13.5 - 16 = －2.5

log（[FeOH⁺]）= －3.4

log（[Fe(OH)₃^-]）= －11.1

Fe²⁺가 가장 농도가 높으며 그 값은 10^-2.5 M이다.

 

입력 : 2019.03.31 16:32