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 : 이온간에작용하는인력에의해형성된결합분자 : 공유결합으로형성된원자의집합체 주기율표에대한소개금속, 비금속 : 원자가양이온 or 음이온으로되려는경향족 ( 그룹 ) vs. 주기 : 주기율표상의세로 vs. 가로 간단한화합물의명명법이성분이온결합화합물 : NaCl, 염화나트륨이성분이온결합화합물 : MnO 2, 산화마그네슘 (IV) 이성분공유결합화합물 : N 2 O 3, 삼산화이질소 -1- -2-
Questions? 원자질량의기준은? 12 C의질량을 12 amu로정함몰이란무엇인가? 원자, 분자, 이온등을세는단위 (6.022 X 10 23 개 ) 몰질량이란무엇인가? 1 mol 의질량을그램으로표시한것 실험식이란무엇인가? 각성분원소의원자수의비율을가장간단한정수비로하여각원소기호뒤에붙인식질량백분율로부터실험식을구할때가장먼저할일은? 화합물이 100g 이있다고가정 3.1 원자질량 : atomic mass 원자량 : atomic weight 3.2 몰 : mole (or mol) Terminology 3.3 몰질량 : molar mass 분자량 : molecular weight 3.4 질량백분율 : mass percent 3.5 실험식 : empirical formula 분자식 : molecular formula -3- -4-
Atomic masses A. Chemical stoichiometry ( 화학양론 ) 화학변화에서없어지거나생기는물질의양의관계 B. Atomic mass ( 원자질량 ) Atomic weight ( 원자량 ) 12 C 의질량을정확히 12 원자질량단위 (amu: atomic mass units) 로정함 => 다른원자의질량은이것을기준으로하여상대적으로정함 C. Atomic mass 의결정 원자나분자는고속의전자빔을통과전자를잃고양이온으로바뀜전기장에의하여가속 자기장과상호작용에의해이온의경로가바뀌게됨무거운이온은적게휨검출판에닿는위치를비교하여상대적질량을파악 D. C 의원자질량 Atomic masses 탄소의원자질량 ( 원자량 ) 은 12가아니고 12.01 천연탄소는 98.89% 의 12 C와 1.11% 의 13 C로구성탄소의평균원자질량 (average atomic mass) = 98.89% 의 12 amu + 1.11% 의 13.0034 = (0.9889)(12 amu) + (0.0111)(13.0034 amu) = 12.01 amu Cf. 수소의질량 (1.008) 은 1 H와 2 H( 중수소 ) 의혼합물의평균질량 예제 1) 63 Cu 와 65 Cu 의질량 = 62.93, 64.93 amu (60.09 원자 )(62.93 amu/ 원자 ) + (30.91 원자 )(64.93 amu/ 원자 ) = 6355 amu 6355 amu/100 원자 = 63.55 amu/ 원자 -5- -6-
A. Mole (or mol) ( 몰 ) Mole 원자, 분자, 이온등을세는단위정확히 12g의순수한 12 C 중에들어있는탄소원자의수와같은수 6.022 x 10 23 (Avogadro 수 ) 으로결정 6.022 x 10 23 개의 12 C는질량이 12g이므로 (6.022 x 10 23 원자 )(12 amu/ 원자 ) = 12 g 6.022 x 10 23 amu = 1 g Mole 6 x 10 23 원자질량 / 몰질량예제2) 원자 ( 분자 ) 수 몰수 무게 Al 10.0g에들어있는원자의몰수와원자의수? 예제 3) 코발트원자 5.00 x 10 20 가들어있는시료에서코발트의몰수와시료의질량은? -7- -8-
A. Molar mass ( 몰질량 ) Molar mass 화합물 1 mol의질량을그램으로표시한것 CH 4 의 molar mass는? Molecular weight ( 분자량 ) 예제 ) 탄산칼슘 (CaCO 3 ) 의몰질량? 탄산칼슘 (CaCO 3 ) 의 4.86 mol 속의 CO 3 2- 의질량은? Percent composition of compounds A. 화합물의조성을나타내는방법 구성원자의수 ( 몰수 ) 로나타내는방법원소의퍼센트 ( 질량 ) 로나타내는방법원자 ( 분자 ) 수 몰수 무게 퍼센트 B. Mass percent ( 질량백분율 ) 화합물중의각원소의질량퍼센트에탄올 (C 2 H 5 OH) 에존재하는 C, H, O의질량백분율 -9- -10-
Percent composition of compounds 예제 3.10) 페니실린 F (C 14 H 20 N 2 SO 4 ) 에서각원소의질량백분율은? Determination of the formula of a compound A. Empirical formula ( 실험식 ) 각성분원소의원자수의비율을가장간단한정수비로하여각원소기호뒤에붙인식 B. Molecular formula ( 분자식 ) 분자화합물에대하여분자내에존재하는각원소들의원자수가표시된화학식몰질량을알아야실험식으로부터구할수있음 H, C 양결정 : C CO 2, H H 2 O 예제 ) C, H, N 으로이루어진어떤화합물 0.1156 g 을산소와반응시켰더니 0.1638 g 의 CO 2 와 0.1676 g 의 H 2 O 가모아졌다면이화합물의실험식 (empirical formula) 는? -11- -12-
Determination of the formula of a compound 이화합물 0.1156 g 중에들어있는탄소의질량백분율 = = = 이화합물 0.1156 g 중에들어있는수소의질량백분율 = 질소질량백분율 = Determination of the formula of a compound 화합물 100 g 당의 C, H, N 의몰수는 화합물중의원자들의최소정수비는 화합물의실험식은 CH 5 N -13- -14-
Determination of the formula of a compound C. Empirical formula 의결정 1. 100g 을기준으로계산 (% => g) 2. 화합물 100g 안에존재하는각원소의몰수결정 3. 각몰수를가장작은몰수로나누어줌 => 아래첨자 4. 모든아래첨자를정수로만들어줌 D. Molecular formula 의결정 1. 실험식을구함 2. 실험식량을구함 3. 분자식 = ( 실험식 ) X ( 몰질량 / 실험식량 ) 1. 각원소의질량백분율 2. 화합물몰당존재하는 Cl, C, H 의질량 3. 화합물몰당존재하는원자들의몰수 4. 분자식 Determination of the formula of a compound 예제 ) 71.65% Cl, 24.27% C, 4.07% H => 실험식과분자식? 방법 1) 실험식 : ClCH 2 방법 2) 몰질량 => 몰당각원소의질량 / 각원소의몰질량 분자식 : Cl 2 C 2 H 4-15- -16-
Summary 원자질량평균원자질량 : 모든동위원소의구성비를고려 몰 1 몰원자 : 6 X 10 23 개의원자 몰질량몰질량 : 1 mol 의질량을그램으로표시한것 화합물의퍼센트조성질량퍼센트 : 화합물중의각원소의질량퍼센트 화합물의화학식의결정분자식 : 화학식 + 몰질량 General Chemistry I (Chapter 3 2) Stoichiometry (Ch3.7 3.10) Tae Kyu Kim Department of Chemistry Rm. 301 (tkkim@pusan.ac.kr) http://plms.pusan.ac.kr -17- -18-
원자질량평균원자질량 : 모든동위원소의구성비를고려 몰 1 몰원자 : 6 X 10 23 개의원자 몰질량몰질량 : 1 mol 의질량을그램으로표시한것 화합물의퍼센트조성질량퍼센트 : 화합물중의각원소의질량퍼센트 화합물의화학식의결정분자식 : 화학식 + 몰질량 Review (3.1 3.6) -19- -20-
Questions? 화학반응식이란? 화학반응이일어날때반응물과생성물을화학식으로나타낸것 화학반응식의계수를맞출때기본가정은? 화학반응에서원자와질량은보존 화학반응식으로반응물, 생성물의무게를어떻게? A 무게에서 A 몰 => B 몰에서 B 의무게 한계반응물이란무엇인가? 생성물의양을제한하는반응물 -21- -22-
Chemical Equation ( 화학반응식 ) -23- -24-
Terminology 3.6 화학반응식 : chemical equation 반응물 : reactant 생성물 : product Chemical equations A. Chemical equation ( 화학반응식 ) 화학반응이일어날때 reactant( 반응물 ) 과생성물 (product) 을화학식으로나타낸것 화학반응에있어서원자들이생기거나없어지지는않음반응물중에있던원자들은모두생성물중에있어야함 B. 화학식의균형맞추기 원자들이재배치되면서, 결합이깨지고새결합이형성됨 ( 반응식의균형이맞추어져있음 ) -25- -26-
Chemical equations C. Chemical equation 의의미 Balancing chemical equations A. Chemical equation 의계수맞추기 화학반응에서원자와질량은보존 제일복잡한분자로부터시작하여반응식의균형을맞춤 ( 교과서 ) 반응물중하나, 생성물중하나에만존재하는원소를찾음 -27- -28-
Balancing chemical equations 예제 ) Cr, N, H 를먼저맞춤 예제 ) N, H 를먼저맞춤 Amounts of reactants and products A. 반응물의질량 vs. 화학반응식화학변화에서없어지거나생기는물질의양의관계 예제 ) 프로페인 96.1 g 이연소될때필요한산소의질량은? 분자량분자량질량 몰수 몰수 질량 프로페인의몰수 : 화학반응식 필요한산소의몰수 : 필요한산소의질량 : -29- -30-
Amounts of reactants and products Amounts of reactants and products 예제 ) 1.0 g LiOH 이흡수하는 CO 2 의질량? 분자량분자량질량 몰수 몰수 질량화학반응식 -31- -32-
Calculation involving a limiting reactant A. 화학량론적양반응물이다같이동시에반응하여없어지도록정확히맞는양을혼합할때의양 CH 4 (g) + H 2 O(g) 3H 2 (g) + CO(g) -33- -34-
Calculation involving a limiting reactant B. 한계반응물 (limiting reactant) or 한계시약 (limiting reagent) 생성물의양을제한하는반응물 N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) 메테인의양은만들어지는생성물의양을제안하므로, 이반응에서한계반응물 (limiting reactant) 또는한계시약 (limiting reagent) 는메테인 Calculation involving a limiting reactant 예제 ) 2.50 x 10 3 kg 의메테인이 3.00 x 10 3 kg 의물과아래의반응을하면어떤것이한계반응물인가? 3.00 x 10 6 g / 18.02 g = 1.66 x 10 5 mol H 2 O 분자 CH 4 의몰수 < H 2 O의몰수 CH 4 가한계반응물예제 ) 질소 25.0 kg과수소 5.0 kg으로얻을수있는암모니아양은? -35- -36-
Calculation involving a limiting reactant 3 (N 2 의몰수 )> H 2 의몰수 H 2 가한계반응물 Yield in Chemical Reaction yield real amount of A theoretical amount of A CH 4 32g 이완전연소하였을때 66g 의 CO 2 를얻을수있었다. 수득율은얼마인가? -37- -38-
Summary 화학반응식화학반응식 : 반응물중에있던원자들은모두생성물중에있어야함 화학반응식의균형맞추기계수맞추기 : 반응물중하나, 생성물중하나에만존재하는원소를찾음 반응물과생성물의양 A 질량으로 B 질량구하기 : 질량 몰수 몰수 질량 ( 분자량, 화학반응식고려 ) 한계시약을포함하는계산한계반응물 : 반응물중에몰수가가장작은것 ( 계수고려 ) -39- -40-