【환경화학】 2009 국가공무원 5급(기술) 제2문

2009 국가공무원 5급(기술) 제2문^]

 

추천글 : 【환경화학】 환경화학 목차

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a. 산소요구량

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Q. 화학적 산소요구량(COD)은 과망간산칼륨(KMnO₄)과 중크롬산칼륨(K₂Cr₂O₇)의 두 가지 방법에 의하여 측정한다. 다음 질문에 답하시오. (단, K, Mn, Cr 및 O의 원자량은 각각 39, 55, 52 및 16이다)

 

Q1. COD 측정에 사용되는 0.25 N KMnO₄ 및 0.25 N K₂Cr₂O₇ 용액 10 ℓ를 만들려면 각각 몇 g의 KMnO₄과 K₂Cr₂O₇이 필요한가?

 

A1. 노르말 농도의 의미를 천천히 이해해 보자.

 

우선 당량이란 산염기에서의 당량, 화학반응에서의 당량, 산화제 및 환원제의 당량 등 다양한 의미가 있다.

산화제 및 환원제의 당량이란 전자 1 mol을 얻거나 잃는 물질의 양을 의미한다.

KMnO₄의 경우 Mn²⁺로 환원함(Mn의 산화수 변화 = 2-7 = -5)에 따라 KMnO₄ 1 mol은 5당량이라고 할 수 있다.

또한, K₂Cr₂O₇의 경우 2Cr³⁺로 환원함(Cr 두 개의 산화수 변화 합 = 6-12 = -6)에 따라 K₂Cr₂O₇ 1 mol은 6당량이라고 할 수 있다.

노르말 농도 N은 당량 × 몰농도라고 이해하는 게 편하다. 

 

○ KMnO₄의 분자량 : 158 g/mol 

○ 필요한 KMnO₄의 양 : 79 g

 

 

○ K₂Cr₂O₇의 분자량 : 294 g/mol 

○ 필요한 K₂Cr₂O₇의 양 : 122.5 g

 

 

Q2. COD 측정 시 환류장치를 이용하고 황산제이수은(또는 황산은)을 첨가하는 이유를 설명하시오.

 

A2. COD 측정 관련 문제가 자주 등장하므로 관련 개념을 숙지하자.

○ 환류장치를 이용하는 이유 : 반응 중간에 용매가 기화하여 반응조건이 달리지는 것을 방지함

○ 황산수은 등을 사용하는 이유 : 유기물 산화를 촉진하고 염소이온의 영향을 피하기 위함 

 

출처 : 이미지 클릭

Figure. 1. 환류장치(reflux) 구조^]

 

Q3. 알칼리를 함유하고 있는 폐수의 COD 측정에서 시료 100 ㎖를 취하여 pH를 7로 중화하는데 6N 황산 10 ㎖가 소비되었다. 이 중화시료로부터 검수 10 ㎖를 환류 플라스크에 취하고 물을 가해 100 ㎖로 희석하여 COD 실험을 한 결과, 0.25 N KMnO₄ (f = 1.0) 5 ㎖가 소비되었다면 이 폐수의 COD는 얼마인가? (단, 바탕시험의 KMnO₄ 소비량은 0.3 ㎖이었다)

 

A3. 화학적 산소요구량에 대한 개념을 복습하도록 하자.

○ 반응한 KMnO₄의 양 = 5 ㎖ - 0.3 ㎖ = 4.7 ㎖

○ 반응한 KMnO₄의 당량수 = 대응되는 전자의 몰수 = 0.25 N × 4.7 ㎖ = 0.001175 eq 

○ 반응한 전자의 몰수 = 1.175 mmol

○ O₂로 표시한 전자량 = 1.175 / 4 = 0.29375 mmol

○ 이유 : 1 mol O₂는 4 mol의 전자를 환원하므로 

○ 위 전자량이 들어있던 원래 폐수의 부피 = 10 ㎖ × 10/11

○ 이유 : 시료 100 ㎖를 중화하기 위해 황산 10 ㎖를 첨가하여 110 ㎖로 만들어 10/11배 묽게 하는 과정이 있었음

○ 그래서 중화시료 10 ㎖에는 10 ㎖ × 10/11 만큼의 유효시료와 10 ㎖ × 1/11 만큼의 황산 유래 H₂O가 있음 

○ COD = 1,034

 

 

입력: 2021.01.30 23:38