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병춘 공
5 years ago
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1 3 화학반응과반응화학양론

2 화학량론 (Stoichiometry) 14 KMnO C 3 H 5 (OH) 3 --> 7 K 2 CO Mn 2 O CO H 2 O + HEAT 화학적변화 : 왜일어나는가? 얼마나빨리일어나는가? => 양 (quantity) 적인정보가필요 화학량론 (Stoichiometry): 화학반응에서소비되거나생성되는물질의양에대한연구

화학량론 (Stoichiometry) 질량보존의법칙 (Law of Conservation of Mass) We may lay it down as an incontestable axiom that, in all the operations of art and nature, nothing is created;

3 화학량론 (Stoichiometry) 질량보존의법칙 (Law of Conservation of Mass) We may lay it down as an incontestable axiom that, in all the operations of art and nature, nothing is created; an equal amount of matter exists both before and after the experiment. Upon this principle, the whole art of performing chemical experiments depends. Antoine Lavoisier, 1789

Dissolved in water (in aqueous solution) (aq) CH 4 (g) + 2O 2

4 화학반응식 (Chemical Equation) 화학반응식 : 화학반응을간결하게표시두가지정보 => 반응물과생성물의성격과각각의상대적인양 State Symbol Solid (s) Liquid (l) Gas (g) Dissolved in water (in aqueous solution) (aq) CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O(g) 반응물 생성물 질량보존의법칙 : 화학반응과정에서원자는생성되거나소멸되지않는다. => 균형잡힌화학반응식

(NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 (s) Cr 2 O 3 (s) + N 2 (g) + 4H 2 O(g) Ex) 암모니아기체와산소를반응시키면일산화질소와수증기 (1000 o C) 가발생한다.

5 화학반응식 (Chemical Equation) 균형잡힌화학반응식 1. 어떤반응이일어났는가결정 : 반응물과생성물 2. 가장복잡한화합물부터조사하고균형을잡는다. 3. 검토 ( 질량보존의법칙 ) Ex) ammonium dichromate 의분해반응 1. (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 (s) Cr 2 O 3 (s) + N 2 (g) + H 2 O(g) 2. (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 (s) Cr 2 O 3 (s) + N 2 (g) + 4H 2 O(g) Ex) 암모니아기체와산소를반응시키면일산화질소와수증기 (1000 o C) 가발생한다. ( 공업적으로질산, HNO 3, 을만드는 Ostwald 공정의첫단계 ) 균형을잡아라. 1. NH 3 (g) + O 2 (g) NO(g) + H 2 O(g) 2. 2NH 3 (g) + O 2 (g) NO(g) + 3H 2 O(g) 2NH 3 (g) + O 2 (g) 2NO(g) + 3H 2 O(g) 2NH 3 (g) + 2.5O 2 (g) 2NO(g) + 3H 2 O(g) (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 Cr 2 O 3 4NH 3 (g) + 5O 2 (g) 4NO(g) + 6H 2 O(g)

6 화학반응의종류 결합반응 화학반응의분류 : 입자의재배열에따른분류 : 결합반응, 분해반응, 치환반응반응의화학적성격에따른분류 : 침전반응, 산 - 염기반응, 산화 - 환원반응 결합반응 (combination reaction): 두개이상의물질이반응하여하나의생성물을만드는반응 Mg(s) + O 2 (g) 2MgO(s) N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) C 3 H 6 (g) + Br 2 (l) C 3 H 6 Br 2 (l)

7 화학반응의종류 분해반응 분해반응 (decomposition reaction): 한물질이분해되어두가지이상의물질을생성하는반응 2NaN 3 (s) 2Na(s) + 3N 2 (g) CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) CuCO 3 (s) CuO(s) + CO 2 (g) 2KClO 3 (s) 2KCl(s) + O 2 (g)

8 화학반응의종류 연소반응 연소반응 (combustion reaction) : 산소와의반응으로불꽃을내는빠른반응 CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O(g) C 3 H 8 (g) + 5O 2 (g) 3CO 2 (g) + 4H 2 O(g) - C, H, O 를포함하는유기화합물을연소시키면 CO 2 (g) 와 H 2 O(g, ㅣ ) 가발생한다. - 연소반응은산화 - 환원반응의일종

9 화학식량 화학식량과분자량 화학반응에서질량은어떻게표현할까? 화학식량 (formula weight, FW): 물질의화학식에있는원자량의총합 분자량 (molecular weight, MW): 분자에있는원자량의총합 CaCl 2 의 FW Ca: 1(40.08 amu) + Cl: 2( amu) amu H 2 SO 4 의 FW(MW) H: 2(1.0 amu) S: 1(32.1 amu) + O: 4(16.0 amu) 98.1 amu C 2 H 6 의 FW(MW) 주기율표 C: 2 ( amu) + H: 6 ( amu) amu 왜분자량으로통일하지않고화학식량이라는것을도입해야할까?

10 화학식량 화학식과조성백분율 조성백분율 (percent composition) = 질량백분율 : 물질에서어떤원소 ( 원자 ) 가차지하는질량의퍼센트 원소의조성 % = ( 원자개수 ) ( 원자량 ) ( 화합물의화학식량 ) x 100 % Ex) 설탕 (C 12 H 22 O 11, MW = amu) 에서각원소의질량백분율?

11 Avogadro 수와몰 몰, Avogadro 수 몰 (mole) : 12 g의탄소동위원소 12 C에있는 12 C 원자의개수 = x = Avogadro 수 (Avogadro's number, N A ) 1 mol of anything = x units of that thing 1 mol 12 C 원자 = x C 원자 1 mol H 2 O 분자 = x H 2 O 분자 1 mol NO 3- 이온 = x NO 3- 이온 23 12amu ( atoms)( ) 12g atom amu 1g exact number Ex) 글루코스 (C 6 H 12 O 6 ) mol 에있는 H H 원자의개수? Moles C 6 H 12 O 6 molecules C 6 H 12 O 6 atoms H

12 Avogadro 수와몰 몰질량 몰질량 (molar mass) : 물질 1 몰의질량 (g/mol) - 원소의경우, 몰질량은주기율표에서볼수있는원소의원자량 - amu 단위의화학식량과 g/mol 단위의몰질량의수는동일 Ex) 글루코스 (C 6 H 12 O 6 ) 의몰질량? 몰질량 g/mol

13 Avogadro 수와몰 질량과몰의환산 Ex) g 글루코스 (C 6 H 12 O 6 ) 의몰수? Glucose 의몰질량 g/mol Ex) mol 질산칼슘 (Ca(NO 3 ) 2 ) 의질량? Ca(NO 3 ) 2 의화학식량 = amu + 2( amu) + 6( amu) = amu Ca(NO 3 ) 2 의몰질량 = g/mol

14 Avogadro 수와몰 질량과입자수의환산 Ex) 5.23 g 글루코스 (C 6 H 12 O 6 ) 의분자개수? Glucose 의몰질량 g/mol 분자개수 Ex) 5.23 g 글루코스 (C 6 H 12 O 6 ) 에있는산소원자의개수?

15 화학분석으로얻는실험식 질량백분율 => 실험식 실험식 : 화합물을구성하는각원소의원자개수의최소정수비 많은경우에화학분석으로부터실험식을구할수있다. 질량백분율 => 실험식 1. 화합물 100 g 에있는각원소의질량를구한다.( 질량백분율이용 ) 2. 각원소의몰수를구한다. 3. 몰수들을가장작은몰수로나눈다. 4. 각수에적당한수를곱하여간단한정수비를구한다. Ex) 아스코르브산 (vitamin C) 은질량비로 40.92% C, 4.58% H, 54.50% O 를포함한다. 실험식?

16 화학분석으로얻는실험식 실험식 => 분자식 질량분석기를이용하면화합물의분자량을알수있다.( 분자식, 실험식은알수없음 ) Ex) 아스코르브산 (vitamin C) 의분자량은 176 amu 이다. 분자식? 실험식 화학식량 88.0 amu 176amu 분자식 = 화학식 x = C 6 H 8 O amu

17 화학분석으로얻는실험식 연소분석 C, H, O 를포함하는유기화합물을연소시키면 CO 2 (g) 와 H 2 O(g, ㅣ ) 가발생한다. C : 생성된 CO 2 의질량으로부터 C 를구한다. H : 생성된 H 2 O 의질량으로부터 H 를구한다 O : C 와 H 를구한후, 그차이로부터 O 를구한다. 실험식

화학분석으로얻는실험식 연소분석 Ex) 아이소프로필알코올 0.255 g 을연소시켜 0.561 g CO 2, 0.

18 화학분석으로얻는실험식 연소분석 Ex) 아이소프로필알코올 g 을연소시켜 g CO 2, g H 2 O 을얻었다. 실험식? C 3 H 8 O C:H:O = : : = 3.0: 7.9: 1.0 3:8:1

19 균형잡힌반응식에서얻는정량적정보 균형잡힌화학반응식으로부터화학론적당량 (equivalent) 을알수있다. 2 mol H 2 1 mol O 2 2 mol H 2 O CH 4 (g) + 2O 2 (g) CO 2 (g) + 2H 2 O(g) 반응물 생성물

20 균형잡힌반응식에서얻는정량적정보 Ex) 글루코스 (C 6 H 12 O 6 ) 1.00 g 이타면물몇 g 이생성되는가? C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O

21 균형잡힌반응식에서얻는정량적정보 Ex) 수산화리튬 (lithium hydroxide, LiOH) 은 CO 2 와반응하여물과탄산리튬 (lithium carbonate, Li 2 CO 3 ) 을만든다. LiOH 1.00 g 이흡수할수있는 CO 2 의질량? 2LiOH(s) + CO 2 (g) Li 2 CO 3 (s) + H 2 O(l) Columbia Apollo 13 Emergency Rig LiOH Unit Grams LiOH moles LiOH moles CO 2 grams CO

22 한계반응물 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O(g) 한계반응물 (limiting reactant): 반응에서완전히소비되는반응물. 생성물의양을결정. 과량반응물 (excess reactant): 반응완결후에도남아있는반응물

23 한계반응물 Ex) N 2 결합끊기 N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) 3.0 mol N 2 와 6.0 mol H 2 를반응시켰을때생성되는 NH 3 의몰수? 3.0 mol N 2 을완전히소비하기위해필요한 H 2 의몰수 생성되는 NH 2 의몰수 한계시약

한계반응물 이론적수득량 이론적수득량 (theoretical yield): 이론적으로가능한생성물의최대량

acid, H 2 C 6 H 8 O 4 ) 은사이클로헥세인 (cyclohexane, C 6 H 12

2 C 6 H 12 (l) + 5 O 2 (g) 2 H 2 C 6 H 8 O 4 (l) + 2 H 2

24 한계반응물 이론적수득량 이론적수득량 (theoretical yield): 이론적으로가능한생성물의최대량 실제수득량수득백분율 (%) = x 100 이론적수득량 Ex) 나일론생산의원료인아디프산 (adipic acid, H 2 C 6 H 8 O 4 ) 은사이클로헥세인 (cyclohexane, C 6 H 12 ) 과산소의반응으로얻는다. 2 C 6 H 12 (l) + 5 O 2 (g) 2 H 2 C 6 H 8 O 4 (l) + 2 H 2 O(g) (a) 25.0 g 의사이클로헥세인을반응시켰을때얻을수있는아디프산의최대량은? ( 충분한양의산소가공급되었다고가정 ) (b) 33.5 g 의아디프산을얻었다면수득백분율은?

Microsoft PowerPoint - GC1-CH3_2016

Microsoft PowerPoint - GC1-CH3_2016 General Chemistry I (Chapter 3 1) Stoichiometry (Ch3.1 3.6) Tae Kyu Kim Department of Chemistry Rm. 301 (tkkim@pusan.ac.kr) http://plms.pusan.ac.kr Review (2.6-2.8) 분자와이온공유결합 : 전자를공유하여형성된원자사이의결합이온결합 :