【환경화학】 2013 국가공무원 5급(기술) 제2문

2013 국가공무원 5급(기술) 제2문^]

 

추천글 : 【환경화학】 환경화학 목차 

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a. 이론 : 산화환원 반응, 전기화학, 화학평형, 산·염기 반응 

b. 비슷한 문제 : 2017년 3문, 2022년 2문, 2024년 1문

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당근 님 제안사항 반영 (24.04.24)

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Q. 다음 그림은 수중에서 비소의 화학종 분포(speciation)를 나타내고 있다. 물음에 답하시오.

 

Q1. H₂AsO₄^- / HAsO₄^2-의 두 화학종에 대하여 K₁ = [H⁺][HAsO₄²] / [H₂AsO₄^-]일 때, K₁ 값을 계산하고 두 화학종의 분포를 환경의 pE-pH 조건과 연관시켜 설명하시오.

 

A1. 

 

H₂AsO₄^- + H₂O → H₃O⁺ + HAsO₄^2-, K₁

 

화학반응은 전자의 이동이 있는 산화·환원 반응과 그렇지 않은 산·염기 반응으로 구분된다.

위 반응은 산·염기 반응이므로 전자의 농도와 무관하게 일어나야 한다.

[H₂AsO₄^-] = [HAsO₄^2-]인 여러 상황에서 pH = pK₁이지만 pE는 다양하므로, pH-pE 그래프에서 수직한 직선으로 나타난다.

따라서 pK₁ = 7, K₁ = 10^-7이다.

 

Q2. H₃AsO₃와 HAsO₄^2-를 포함하는 반쪽 반응식을 세우고, 그 반응식의 평형상수(K)를 정의한 다음, 상기의 그래프에서 H₃AsO₃와 HAsO₄^2-의 경계식을 pE (단, pE = - log[e^-]), pH, pK가 포함된 관계식으로 표현하시오.

 

A2. 

 

H₃AsO₃ + H₂O → HAsO₄^2- + 2e^- + 4H⁺

K = [HAsO₄^2-] × [e^-]² × [H⁺]⁴ ÷ [H₃AsO₃]

 

[H₃AsO₃] = [HAsO₄^2-]인 여러 상황을 표현한 것이 경계식이다.

pK = -log [H₃AsO₃] + 2 pE + 4pH + log [H₃AsO₃]

따라서 2pE + 4pH = pK가 경계식이다. 즉, pE = -2pH + pK / 2

 

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위 풀이에서 K가 산화 반응식에 대한 평형상수가 아니라 환원 반응식에 대한 평형상수라면 경계식은 다음과 같이 바뀐다.

pE = -2pH - pK / 2

 

입력: 2019.04.02 01:53

수정: 2024.04.24 23:20