【환경화학】 2024 국가공무원 5급(기술) 제5문

2024 국가공무원 5급(기술) 제5문^]

 

추천글 : 【환경화학】 환경화학 목차

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a. 산·염기 반응 

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Q. 자연계에서 carbonate-bicarbonate system의 평형을 이해하는 것은 중요하다. 이를 위해서 알칼리도(alkalinity)라는 용어를 사용한다. 다음 물음에 답하시오.

 

Q1. 알칼리도(alkalinity)와 페놀프탈레인 알칼리도(phenolphthalein alkalinity)가 무엇인지 각각 설명하시오. 

 

A1. 

알칼리도는 (주어진 샘플에서) 수소이온(H+)을 중화시킬 수 있는 이온량으로 정의한다.

예를 들면, 염기도는 2 × [CO₃^2-] + [HCO₃^-] + [OH^-] - [H⁺]이라고 볼 수 있다.

이에 반해, 페놀프탈레인 알칼리도는 주어진 샘플을 8.3까지 pH를 낮추는 데 필요한 표준 산의 양으로 정의할 수 있다.

이때, 페놀프탈레인의 변색 pH가 8.3 ~ 9.6이기 때문에 염기성 시료에 페놀프탈레인 몇 방울을 넣고 적정을 하면 분홍색에서 무색으로 바뀌는 시점이 pH = 8.3이다. 

 

Q2. 페놀프탈레인 알칼리도가 P이고 총알칼리도가 T이며, OH^-와 HCO₃^-는 함께 존재할 수 없고, 다음의 관계가 있다고 가정한다.

 

P = [OH^-] + 0.5[CO₃^2-]

T = [OH^-] + [CO₃^2-] + [HCO₃^-]

 

이때 OH^-, CO₃^2-, HCO₃^- 농도를 근사적으로 구하는 다음 알카리도 계산표의 ㈎ ~ ㈐를 P와 T를 사용하여 채우고 그 이유를 설명하시오.

 

 

A2.

P = 0.5T에서 [OH^-] = [HCO₃^-] = 0이므로, T = [OH^-] + [CO₃^2-] + [HCO₃^-] = [CO₃^2-] = ㈎

 

P > 0.5T에서 [HCO₃^-] = 0이므로, P = [OH^-] + 0.5 [CO₃^2-], T = [OH^-] + [CO₃^2-]이다.

이 경우, [CO₃^2-] = 2(T - P) = ㈐, [OH^-] = T - [CO₃^2-] = 2P - T = ㈏이다.

 

Q3. 알칼리도를 측정하는 적정(titration) 방법과 알칼리도 표현방법에 대하여 설명하시오.

 

A3. 

알칼리도의 표현 방법은 다음과 같다.

○ 방법 1. meq / L : 리터 당 염기의 밀리당량

○ 방법 2. mg/L as CaCO₃ 

○ 1 meq / L = 1 meq / L × 100 g CaCO₃ / mol CaCO₃ × 1 mol CaCO₃ / 2 eq = 50 mg/L as CaCO₃ 

알칼리도는 일반적으로 산·염기 적정을 통해 측정된다.

단계 1. 염기성 시료를 채취한다.

단계 2. 적정에 사용할 표준 산 용액을 준비한다. 일반적으로 황산 용액을 사용한다.

단계 3. 지시약을 첨가한다. 일반적으로 페놀프탈레인과 메틸오렌지가 사용된다. 

○ 페놀프탈레인 : 변색 pH가 8.3 ~ 9.6이다.

○ 메틸오렌지 : 변색 pH가 3.1 ~ 4.4이다.

단계 4. 시료에 표준 산 용액을 천천히 첨가하면서 페놀프탈레인 지시약의 색이 변할 때까지 적정한다.

단계 5. 시료에 표준 산 용액을 천천히 첨가하면서 메틸오렌지 지시약의 색이 변할 때까지 적정하낟.

단계 6. 다음 과정을 통해 알칼리도를 측정할 수 있다. 

○ 가정 : 염기성 시료 1 L, 황산 표준 용액 0.02 N 

○ 페놀프탈레인 적정에서 5 mL의 황산 표준 용액이 사용된 경우

 

P = 5 mL × 0.02 N = 0.1 meq / L = 5 mg / L as CaCO₃

 

○ 메틸오렌지 적정에서 추가로 10 mL의 황산 표준 용액이 사용된 경우

 

T = 10 mL × 0.02 N + P = 0.3 meq / L = 15 mg / L as CaCO₃

 

입력: 2024.07.10 15:24