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유이 천
8 years ago
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1 제3장 화학양론 3.1 원자질량 (Atomic Mass) 원자질량: 실제로 매우 작아 상대질량으로 표시 Atomic mass is the mass of an atom in atomic mass units (amu). 기준 원자=탄소-12, 탄소-12 원자 1개 질량 = amu 로 정의 amu : 원자질량 단위 ( atomic mass units) 1 amu = 실험에 의해 H의 원자질량은 탄소-12 원자질량의 8.40 % 임이 알려짐. 따라서 수소의 원자질량 = x amu = 1.008amu carbon 원자 개질량 같은 방법으로 O의 원자 질량 = amu, Fe의 원자질량 = amu 임이 밝혀짐. Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 1

2 <평균 원자질량( Average Atomic Mass)> 주기율표를 보면, 탄소의 원자질량 = amu가 아닌 12.01amu로 표시 이유: 탄소는 두 개의 동위원소로 존재 (C-12, 98.89% ; C-13, 1.11%) 따라서 평균 원자질량으로 표시 탄소의 평균 원자질량 = (0.9890)( amu) + (0.0110)( amu) = 12.01amu 자연계속에 모든 원소는 1개 이상의 동위원소를 가짐 Natural lithium is: 7.42% 6 Li (6.015 amu), 92.58% 7 Li (7.016 amu) Average atomic mass of lithium: 주기율표를 확인할 것. Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 2

00000amu) + (0.0110)(13.00335amu) = 12.01amu 자연계속에 모든 원소는 1개 이상의 동위원소를 가짐 Natural lithium is: 7.

3 Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 3

4 예제 3.1: 구리 두개의 동위원소 Cu 와 Cu 존재 각각의 원자질량 : Cu amu Cu amu Cu의 평균질량 = amu amu amu Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 4

5 3.2 원소의 몰질량과 아보가드로수 몰(mole) : 화학에서 물질의 양을 나타내는 기본 단위 정의: 1몰 = 12 g 의 C-12 에 들어있는 탄소원자의 수와 같은 수의 원자(또는 분자)를 포함하는 물질의 양 12 g 의 탄소-12 에 들어있는 탄소원자의 수 = x 즉 1 몰 = x 개의 입자 = 아보가드로수 Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 5

들어있는 탄소원자의 수 = 6.022045 x 10 23 즉 1 몰 = 6.

6 Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 6

7 따라서 탄소-12 1몰의 질량 ( 몰질량 )은 정확히 12 g 이다 즉 탄소-12의 몰질량 [g] 은 C-12 원자량의 amu 단위값과 동일하다 - 모든 원소에 적용됨. 예: Na : 원자질량 amu 따라서 1 몰 = g/mol P : 원자질량 30.97amu 1 몰 = 30.97g /mol C-12 원자 1개 질량 C 원자 몰 = C 원자 개 C g C g 몰 Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 7

8 <g 과 amu 와의 관계> g amu g C 원자 개 C 원자 개 g amu amu 혹은 <원자의 몰수와 질량 사이의 전환 > 예제 3.2 gzn (a) Zn mol은 몇 g? gzn mol mol gzn Zn mol Zn (b) Zn 668 g은 몇 mol? mol Zn g Zn mol Zn gzn 실전연습 풀어볼 것 Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 8

9 <g질량을 원자수로 전환> 예제 g의 황(S)속에 들어있는 원자수? 풀이: 개 원자 개 원자 Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 9

10 <단일원자의 질량 계산> 예제 3.4 Ag 원자 1개의 질량(g)? 풀이: mol Ag 원자 개Ag질량 개Ag원자 개Ag원자 g mol Ag 원자 = 실전연습 풀어볼 것. Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 10

11 3.3 분자질량 (Molecular mass) 분자질량 : 분자를 이루고 있는 원자들의 원자질량의 합 H2O의 분자질량 = 2 x (H의 원자질량) + O의 원자질량 = 12 (1.008 amu) amu = amu 1 mol의 분자질량 = 아보가드로수 x 1023개의 분자의 질량 원자의 경우와 마찬가지로 분자의 몰질량 [g] 은 분자량의 amu 단위값과 동일하다 - 모든 분자에 적용됨. Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 11

12 <분자질량 계산> 예제 3.5 (a) 이산화황(SO 2 )의 분자질량? 풀이: SO 의분자질량 S의원자질량 O의원자질량 = (b) 각자. <추가문제> 비타민 C (C H O )의 분자질량? 풀이: C H O 의분자질량 amu amu amu amu Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 12

13 <주어진 양의 화합물에 포함되어 있는 몰수 계산하기> 예제 3.6 CH g은 몇 mol? 풀이: 먼저 CH 4 의 몰질량 계산 CH 몰질량 탄소의 원자량 수소의 원자량 = <추가 연습문제> CH g은 몇 mol? 풀이: 먼저 CH 4 의 몰질량 계산 CH 몰질량 탄소의 원자량 수소의 원자량 = Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 13

14 <주어진 양의 화합물 안에 들어있는 원자수 계산 > 예제 3.7 요소 NH CO 43.8 g 속에 존재하는 H원자 원자수? 요소의 몰질량 = g <풀이> 요소 1몰 당 H 원자 4몰 존재. 방법: 요소의 g 수 요소의 몰수 H의 몰수 H의 원자수 몰 개 = 개 원자 Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 14

15 <추가 연습문제> 요소 NH CO 25.6 g 속에 존재하는 H원자와 N 원자의 원자수를 말하시오. 요소의 몰질량 = g <풀이> 요소 1몰 당 H 원자 4몰, N 원자 2몰 존재. 요소의 g 수 요소의 몰수 H의 몰수 H의 원자수 몰 개 = 개 원자 N 원자수 = H 원자수/2 = 개 N 원자 Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 15

16 3.4 질량분석기(Mass spectrometer) 원자량 및 분자량을 측정하는데 이용 이온 경로의 반경 : 전하/질량 = e/m 비에 의존 Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 16

17 피크의 세기: 존재량에 비례 Ne원소는 3개 동위원소 존재함을 알 수 있다. Ne-20, amu, 자연계존재량 = 90.02%, Ne-22, amu, 자연계존재량 = 8.82% Ne-21, amu, 자연계존재량 = 0.257% Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 17

18 3.5 화합물의 조성백분율 질량에 의한 조성백분율: 화합물에 포함되어 있는 각 원소의 질량백분율 [%] 예: H O 의 H 및 O의 조성백분율? g H g g O g <화합물의 조성백분율 계산 > 예제 3.8 : 인산 H PO 속의 H P O의 H PO 의몰질량 g mol 풀이: g H g g P g g O g Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 18

19 <조성백분율에서 실험식 결정 > 실험식 : 화합물을 구성하고 있는 각 원소들의 원자 간의 가장 간단한 정수비 예제 3.9 : Ascorbic acid (비타민-C) : C = 40.92%, H = 4.58%, O = 54.5% 질량 백분율로 이루어짐. 실험식=? <풀이> 비타민-C 100 g이라 가정. 그 중 C = g, H= 4.58g, O= 54.5g을 포함. 몰수로 변환하면: mol C n C g C gc mol C mol H n H g H gh mol H mol O n O g O g molo O C H O 따라서 실험식 = C H O Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 19

<풀이> 비타민-C 100 g이라 가정. 그 중 C = 40.92 g, H= 4.58g, O= 54.5g을 포함.

20 <조성백분율부터 원소의 질량 계산 > 예제 3.10 : 황동광 CuFeS kg 속의 Cu 는 몇 kg 풀이: Cu의 몰질량 = g/mol 몰질량 g Cu g 중 의 질량 = 1.28 x 10 3 kg Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 20

21 3.6 실험으로 실험식 구하기 실험을 통해 에탄올의 실험식을 구해보자. 에탄올(C, H, O ) 연소 CO H O Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 21

22 에탄올 11.5 g을 연소하면 CO g 과 H2O 13.5 g 이 생성 됨. molco C의 질량 = g CO g CO mol C mol CO gc mol gc C H의 질량 = O의 질량 = 시료의 질량 의 질량 의 질량 mol C 각 원소의 몰수: C의몰수 g gc mol C 의 몰수 mol O O의몰수 g O g mol O O C H O 따라서 실험식 : C H O Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 22

23 <분자식 구하기 > 화합물의 대략적인 몰질량이 알려지면 실험식으로부터 분자식을 구할 수 있다. (실험식량) n = 몰질량 으로부터 n을 구하여 (실험식) n = 분자식을 구한다. 예제 3.11 화합물의 조성 : N= 1.52g, O = 3.47g 화합물의 몰질량 = 90~95사이. 분자식=? 몰N 몰O 풀이: n N gn g 몰N no go N g O 몰O N O 따라서 실험식 = NO 실험식량=14.01 g + 2(16.00g) = g NO n 몰질량 g n ~ g ~ 따라서 분자식 : N O Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 23

24 3.7 화학반응과 화학반응식 화학반응 : 물질의 화학적인 변화 화학반응식 : 화학반응을 화학기호로 표시한 식 Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 24

25 화학반응식 쓰기 화학반응 : 수소와 산소가 반응하여 물을 형성 화학식 : H O H O 반응, 생성한다 의미 산소와 물 : 반응물, 물 : 생성물 화학반응은 왼쪽에서 오른쪽으로 진행 Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 25

26 모든 화학반응은 질량 보존의 법칙이 성립, 즉 반응 전후의 원자개수는 같다. (그림 3.6) 질량보존의 법칙을 적용하여 완성된 화학 반응식 : H O H O 화학반응식으로부터 양적 관계를 알 수 있다. ( 표 3.1 참조) 위 반응식에서, 수소 2 분자 와 산소 1분자가 반응하여 물 2분자 생성 수소 2 몰 과 산소 1 몰 이 반응하여 물 1몰 형성 수소 4.04g 과 산소 32.00g 이 반응하여 물 36.04g 생성 Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 26

27 때로는 각 화합물의 상태(기체, 액체, 고체)를 표시하는 문자 g, l, s 을 사용한다 예: HgO s Hg O g NaCl s H O NaCl aq (aq) : 수용액 상태 (물질이 물에 용해되어 있음을 나타냄) 예제 3-12: 알루미늄은 공기 중 산소와 반응하여 산화 알루미늄 생성 풀이: 1. 반응물 왼쪽, 생성물 오른쪽에 화학기호로 표시: Al O Al O 2. Al의 원자수 맞춘다 : Al O Al O 3. O2 수를 맞춘다 : Al O Al O 4. 반응전체에 2를 곱한다 : Al O Al O Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 27

28 예: NH O NO H O 1. 양쪽에 한 번씩 나타나는 동일 원자: N, H H의 원자수 맞추자. 2NH 3 +O 2 NO+3H 2 O N의 원자수 맞추자. 2NH 3 +O 2 2NO+3H 2 O 2. 한 쪽에 두 번 이상 나타나는 원자: O 2NH 3 +O 2 2NO+3H 2 O 완쪽에 O 2개, 오른쪽에 O 5개 O의 원자수 맞추자. 2NH 3 + O2 2NO+3H 2 O 3. 반응전체에 2를 곱한다 : 4NH 3 +5O 2 4NO + 6H 2 O 4. 검산 Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 28

29 3.8 반응물과 생성물의 양 화학반응식의 계수는 반응의 양적 관계를 나타냄으로 반응물과 생성물의 양을 계산할 수 있음. 생성물의 양 계산하기 예제 3.13: C H O O CO H O C H O g 이 몸안에서연소될때생성되는CO 의양 풀이: C H O mol에서 mol의co 생성 mol C H O C H O 의몰수 gc H O gc H O 몰C H O 몰CO 생성된 CO 의몰수 몰C H O 몰C H O 몰 생성된CO 의질량 몰 몰 CO gco g Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 29

30 추가문제 C H O O CO H O C H O g 이 몸안에서연소될때생성되는CO 의양 풀이: C H O mol에서 mol의co 생성 mol C H O C H O 의몰수 gc H O gc H O mol mol CO 생성된 CO 의몰수 mol C H O mol C H O mol 생성된CO 의질량 mol mol CO gco g Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 30

31 예제 3.14 : Li s H O LiOH aq H g (a) Li 6.23 mol이 물과 반응하여 생성되는 H 2 의 몰수? mol H 생성된 H 몰수 molli molh mol Li (b) Li 80.57g이 물과 완전히 반응할 때 H 2 는 몇 g이 생성되는가? mol Li Li의몰수 gli g molli Li mol H 생성된H 의몰수 mol Li mol molh Li 생성된H 의질량 mol H mol H g H g Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 31

32 3.9 한계반응물과 반응의 수득률 화학반응을 수행할 때 반응물은 화학반응식에 나타나 있는 화학량론적 비율대로 주어지지 않는 다. 한계반응물 : 반응에서 제일 먼저 소모되는 반응물 초과반응물 : 한계반응물과 반응하는데 필요한 것보다 많은 양으로 존재하는 다른 반응물 Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 32

33 한계반응물과 초과반응물 계산하기 예제 3.15 : NH g CO g NH CO aq H O NH g 과 CO g를 반응시키고자 한다. (a) 한계반응물은=? 모든 반응물이 100% 반응한다고 가정 몰 몰수 몰 몰 몰 몰 몰수 몰 몰 몰 따라서 한계시약 = NH3, 초과시약 = CO2 (b) 생성된 (NH2)2CO의 질량 =? 풀이: 한계반응물 NH3에 의해 결정. 의질량 몰 몰 (c) 반응이 끝난 후 남은 초과반응물의 양? Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 33

34 몰CO 반응한 질량 몰 NH CO 몰 NH CO g CO 몰CO g CO 남은 CO2 질량= =126g Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 34

35 추가문제: NH g CO g NH CO aq H O NH g 과 CO g를 반응시키고자 한다. (a) 한계반응물은=? 의몰수 몰 mol CO CO 의몰수 gco g 몰CO CO 반응식에서 NH3 2 몰 이 CO2 1몰과 반응하므로 mol NH CO mol과반응하는nh 의mol molco mol NH mol CO 따라서 한계반응물 = NH3, 초과반응물 = CO2 (b) 생성된 (NH2)2CO의 질량 =? 한계반응물 NH3에 의해 결정. 의 NH CO의질량 mol (c) 반응이 끝난 후 남은 초과반응물의 양? g NH CO g NH mol NH CO CO 몰CO 남아 있는 의몰수 몰CO 몰NH 몰NH 몰CO 남아 있는 의 질량 몰 몰 Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 35

36 <반응의 수득률> 이론적 수득량 : 한계반응물이 완전히 반응한다고 가정할 때 계산에 의해 얻어지는 생성물의 양 실제 수득량 : 실험에서 실제로 얻어지는 생성물의 양 (이론적 수득량보다 항상 적다) 실제수득량 수득율 = 이론적 수득량과 실제 수득량의 비 = 이론적 수득량 실제 수득량 수득률 이론적 수득량 반응의 수득률 계산하기- 예제 3.16 풀어볼 것. Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 36

37 추가문제 : TiCl g Mg ~ Ti s MgCl TiCl g과mg g이반응 (a) Ti 의 이론적 수득량 (g)? mol TiCl TiCl 의 몰수 g gticl gticl molticl Mg의 몰수 mol Mg gmg gmg mol Mg TiCl mol과mg mol이 반응, 따라서 한계반응물 : TiCl4, 초과반응물 : Mg 생성된 Ti의mol mol Ti mol TiCl mol mol Ti TiCl 생성된 Ti의질량 g Ti molti mol gti Ti (b) Ti 의 실제수득율 g일때 수득률 g 수득률 g Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 37

38 3장 숙제: 5, 8, 14, 16, 20, 24, 26, 40, 46, 52, 66, 82, 92 다음 주 월요일 오후 5시까지 강다영 조교선생님께 제출. Seungho Lee "General Chemistry" Chang Ch 3 "Stoichiometry" - 38

表紙（化学）

表紙（化学） 수험 번호 성 명 2013년 일본 공과대학 학부 유학생 파견 선발 시험 화 학 (90분 100점) 주 의 1 시험시작의 지시가 있을 때까지 열지 마시오. 2 해답은 해답용지의 지정된 난 안에 알아보기 쉽게 기입하시오. 3 해답에 한글이 포함되면 채점되지 않습니다. 필요한 경우, 아래의 값을 사용하시오. 원자량 H 1.0, C 12, N 14, O 16, Cu