【환경화학】 2019 국가공무원 5급(기술) 제3문

2019 국가공무원 5급(기술) 제3문^]

 

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a. 산·염기 반응 

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우엉 님 지적사항 수정 (22.09.24)

굿 님 지적사항 수정 (23.03.23)

당근 님 지적사항 수정 (23.04.28)

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Q. 25 ℃에서 오염되지 않은 공기와 평형을 이루는 순수한 물에 대한 다음 물음에 답하시오. (단, 건조한 공기 중 CO₂의 농도는 350 ppm(0.035 %)이며, [H⁺] = [HCO₃^-]라고 가정한다)

 

H₂O (l) ↔ H⁺ (aq) + OH^- (aq),    K_w = 1 × 10^-14 

CO₂ (aq) + H₂O (l) ↔ HCO₃^- (aq) + H⁺ (aq),    K_a1 = 4.45 × 10^-7

HCO₃^- (aq) ↔ CO₃^2- (aq) + H⁺ (aq),    K_a2 = 4.69 × 10^-11 

CO₂ (g) ↔ CO₂ (aq),    K_H = 3.38 × 10^-2 (M atm^-1)

 

Q1. 물의 pH 값을 계산하시오.

 

A1. pH는 5.73이다.

 

⑴ 질량분율로 구한 경우 

 

 

⑵ 부피분율로 구한 경우 

 

 

⑶ 수중에서는 질량분율을 따르는 반면, 대기중에서는 부피분율을 따르므로 ⑵의 풀이를 따라야 함

⑷ 중요. 물과 공기가 평형을 이루는 점, 이산화탄소 분율은 건조한 공기 기준이라는 점으로부터 위 풀이는 다음과 같이 수정돼야 함

 

350 × 10^-6 → 350 × 10^-6 (1-0.0313)

(단, 0.0313 atm은 25 ℃ 하에서 수증기의 증기압)

 

Q2. 공기 중 CO₂의 농도가 5배가 되었을 경우 순수한 물의 pH 값을 구하시오.

 

A2. 

CO₂ (g)의 농도가 5배가 되면 CO₂ (aq)의 농도 또한 5배가 된다. CO₂ (aq)의 농도가 5배가 되면 H⁺ (aq)의 농도는 √5 = 2.236배가 된다. H⁺ (aq)의 농도가 √5배가 되면 pH는 log √5만큼 감소한다. 즉, pH는 5.38이 된다.

 

입력: 2019.11.04 20:52

수정: 2023.04.28 21:30