【환경화학】 2023 국가공무원 5급(기술) 제5문

2023 국가공무원 5급(기술) 제5문^]

 

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a. 용액

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풀이항상감사해요 님 지적사항 수정 (23.07.08)

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Q. 25 ℃, 755 mmHg의 조건에서 공기 중 산소(O₂)와 이산화탄소(CO₂)의 몰분율이 각각 0.203과 3.85 × 10^-4이다. 다음 물음에 답하시오. (단, 25 ℃에서 O₂와 CO₂의 물에 대한 헨리상수는 각각 24.41 atm·L/g과 0.67 atm·L/g이다)

 

Q1. 공기 중 산소로 포화된 빗방울의 용존산소 농도(M)를 구하시오.

 

A1. 

○ 헨리의 법칙 : C (g/L) = P (atm) / L (atm·L/g) 

○ 보통 1/L을 헨리 상수라고 함

○ 헨리 상수는 평형상수와 관계된 것으로 오직 온도에만 관계된 함수

○ 산소의 부분압력 (atm) = 755 mmHg ÷ 760 mmHg / atm × 0.203 = 0.2016645 (atm) (∵ 달톤의 부분압력의 법칙)

○ 용존산소 농도 (g/L) = 755 mmHg ÷ 760 mmHg / atm × 0.203 ÷ 24.41 atm·L/g = 0.008261552 g/L

○ 용존산소 농도 (M) = 0.008261552 g/L ÷ 32 g O₂/mol = 0.2581735 mM

 

Q2. 다음의 평형반응과 이 반응에 대한 25 ℃에서의 평형상수(K)를 고려하여 공기 중 빗방울의 pH를 구하시오. (단, 주어진 반응 이외의 반응은 고려하지 않는다)

 

CO₂ (aq) + H₂O (l) ⇄ H⁺ (aq) + HCO₃^- (aq), K = 4.43 × 10^-7

 

A2.

○ 이산화탄소의 부분압력 (atm) = 755 mmHg ÷ 760 mmHg / atm × 3.85 × 10^-4 = 0.0003824671 (atm)

○ 용존이산화탄소 농도 (g/L) = 0.0003824671 / 0.67 atm∙L/g = 0.0005708464 g/L

○ 용존이산화탄소 농도 (M) = 0.0005708464 g/L ÷ 44 g CO₂/mol = 0.01297378 mM

○ K = 4.43 × 10^-7 = [H⁺] × [HCO₃^-] / [CO₂] = [H⁺]² / (1.297378 × 10^-5)

○ ∴ [H⁺] = 2.39737 × 10^-6  

○ ∴ pH = -log [H⁺] = 5.620265 < 7 (산성비)

○ 참고로, pH > 7처럼 결과가 나오는 경우 물의 해리 반응으로 pH = 7로 간주해야 함

 

입력: 2023.07.07 23:04