【환경화학】 2008 국가공무원 5급(기술) 제3문

2008 국가공무원 5급(기술) 제3문^]

 

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a. 산·염기 반응

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당근 님 지적사항 반영 (23.12.16)

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Q. 1L의 물에 0.6 mol CH₃COOH, 0.4 mol NaOH, 그리고 0.1 mol HCl이 포함되어 있는 용액이 있다. 다음 물음에 답하시오. (단, CH₃COOH의 pK_a는 4.76으로 계산하고, 대기에서 용해되는 이산화탄소의 양은 무시한다)

 

Q1. 위 용액 내에 존재하는 모든 화학종을 나열하고 전하 균형식과 질량 균형식을 완성하시오.

 

A1. 

○ 위 용액 내에 존재하는 모든 화학종 : CH₃COOH, CH₃COO^-, Na⁺, Cl^-, H⁺, OH^-, H₂O, NaOH (≈ 0), HCl (≈ 0) 

○ 전하 균형식 : [CH₃COO^-] + [Cl^-] + [OH^-] = [Na⁺]  + [H⁺]  

○ 질량 균형식 (C) : 2 × [CH₃COOH] + 2 × [CH₃COO^-] = 0.6

○ 질량 균형식 (Na) : [NaOH] + [Na⁺] = 0.4

○ 질량 균형식 (Cl) : [HCl] + [Cl^-] = 0.1

○ H와 O는 (이론적으로 양이 무한하다 하여 자유도를 1로 간주하는) 용매인 H₂O에서도 제공되므로 질량 균형식을 맞출 수 없음

 

Q2. 위의 용액에 0.1 mol의 HCl을 첨가한다면, pH는 어떻게 변하는가를 소수점 이하 첫째 자리까지 계산하고, 이 결과를 순수한 물 1L에 0.1 mol의 HCl을 첨가하는 것과 비교 설명하시오. (단, 부피 변화는 없다고 가정한다)

 

A2. 

○ 위의 용액 : [CH₃COOH] = [CH₃COO^-] = 0.3 M이므로 pH = pK_a + log ([CH₃COO^-] / [CH₃COOH]) = 4.76

○ 위의 용액에 0.1 mol HCl 첨가 : pH = pK_a + log ([CH₃COO^-] / [CH₃COOH]) = 4.76 + log (0.2 / 0.4) = 4.46

○ 순수한 물 1L에 0.1 mol HCl 첨가 : pH = -log (H⁺) = -log (0.1) = 1 (HCl은 평준화 효과에 의해 전부 해리됨)

 

Q3. 2번의 결과로 알 수 있는 사실은 무엇인가를 설명하고, 위의 결과를 근거로 일반화할 수 있는 원리를 유추하시오. 

 

A3. 

○ 완충물질이 없으면 외부에서 첨가되는 산, 염기에 의해 pH가 쉽게 변함

○ 완충물질이 있으면 외부에서 산, 염기가 첨가되어도 pH가 완충구간 내에서 잘 유지됨 (단, 과도한 첨가는 다를 수 있음)

 

입력 : 2022.09.23 02:03