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중화적정과 염
중화와 염의 생성
1) 중화
① 산과 염기가 반응하여 물과 염으로 되는 반응
(물이 생성되지 않는 경우도 있음)
② 알짜이온 반응식
H+(aq) + OH-(aq) → H2O(l)
2) 염의 생성 반응
① 염 : 양이온과 음이온의 이온결합 화하물 (단, H+ 와 OH- 는제외)
② 염의 생성 반응
. 중화 반응 : HCl + NaOH → NaCl + H2O
. 금속과 산의 반응 : Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2
. 산성 산화물과 염기의 반응
SiO2 + 2 NaOH → Na2SiO3 + H2O
. 염기성 산화물과 산의 반응
MgO + H2SO4 → MgSO4 + H2O
. 양쪽성 산화물과 산 . 염기의 반응
ZnO + 2 HCl → ZnCl2 + H2O
ZnO + 2 NaOH → Na2ZnO2 + H2O
3) 염의 가수 분해
① 가수분해 : 염이 수용액에서 해리 할 때 생기는 이온이 물과 반응
H3O+ 나 OH-를 내는 반응
② 강한 산과 강한 염기에 의한 염 → 가수분해 되지 않음
: 수용액은 중성
HCl + NaOH → NaCl + H2O
NaCl → Na+ + Cl-
③ 강한 산과 약한 염기에 의한 염 → 가수분해 : 수용액은 약한 산성
HCl + NH3 → NH4Cl → NH4+ + Cl-
NH4+ + H2O → NH3 + H3O+((산성)
④ 약한 산과 강한 염기에 의한 염 → 가수분해 : 수용액은 약한 염기성
CH3COOH + NaOH → CHCOONa + H2O
CH3COONa CHCOO- + Na+
CHCOO- + H2O CH3COOH + OH-(염기성)
⑤ 물에 녹지 않는 염은 중성
중화 적정
1) 산 . 염기의 적정
① 중화 적정 : 농도를 알고 있는 산 . 염기로 부터 농도를 모르는
산 . 염기 용액의 농도를 결정 하는 것
② 중화점 : 산과 염기가 완전히 중화되는 점
③ 종말점 : 중화점이라고 판단 산 . 염기의 첨가를 중지하는 때
④ 중화점과 종말점의 일치 : 적당한 지시약 선정
: pH가 급격히 변하는 부분에서 변색범위를 가진 지시약 선택
2) 중화반응에서의 양적 관계
① 완전 중화가 될 때 : H+ 의 몰수 = OH-의 몰(mol)수
② H+의 몰수 = nMV (n : 가수 M : 몰농도 V : 용액의 부피)
OH- 의 몰수 = n`M`V`
∴
③ 중화반응에서의 pH
EX) 0.1 M HCl 수용액 50mL를 0.1M NaOH 수용액으로 적정
. NaOH를 10mL 가했을 때
H+ 의 몰수 = 1× 0.1 × 0.05(L) = 0.005 mol
OH- 의 몰수 = 1× 0.1 × 0.01(L) = 0.001 mol
남은 H+ 의 몰수 = 0.004 몰
용액의 부피 = 0.06 L
∴ [H+] 의 농도 = 0.004 / 0.06 = 0.0667 mol / L
∴ pH = -log 6.67 × 10 -2 = 2 - log 6.67 = 1.18
3) 적정 곡선
① 산과 염기의 수용액을 중화하기 위해 가해준 염기 . 산의 부피와
pH 변화를 나타낸 곡선
② 강한 산을 강한 염기로 적정
. 액성의 변화 : 강한 산성 → 중성 → 강한 염기성
. 지시약 : 페놀프탈레인 이나 메틸오렌지 사용
③ 강한 산을 약 염기로 적정
. 액성의 변화 : 강한 산성 → 중성 → 약한 염기성
. 지시약 : 메틸오렌지나 메틸레드 사용
. 당량점에서 생성된 염이 가수분해 약 산성 - 산성 지시약 사용
④ 약 산을 강 염기로 적정
. 액성의 변화 : 약한 산성 → 중성 → 강한 염기성
. 지시약 : 페놀프탈레인 사용
. 당량점에서 생성된 염의 가수분해 약한 염기성 - 염기성지시약 사용
⑤ 약산을 약 염기로 적정
. 액성의 변화 : 약한 산성 → 중성 → 약한 염기성
. 지시약 : 없음 → pH메타 사용
. 당량점에서 중성
염산(HCl 수용액)은 강산이어서 물 속에서 거의 100% 이온화하여 H+와 Cl-로 존재한다.
수산화나트륨(NaOH) 수용액 또한 강염기이기 때문에
물 속에서 거의 100% 이온화하여 Na+와 OH-로 존재된다..
따라서 두 용액을 섞으면 다음과 같이 중화 반응이 일어난다.
HCl(aq) + NaOH(aq) --> NaCl(aq) + H2O(l)
이 때 수용액에서 실제로 반응에 참여하는 이온을 따져 보면
반응 전이나 반응 후나 Na+와 Cl-의 경우는 물 속에서 변함 없이 이온 상태를 유지된다.
이런 이온을 우리는 구경꾼 이온이라고 부른다.
왜냐 하면 반응에는 참여하지 않고 마치 방관하는 구경꾼과 같다 하여 붙인 이름이다.
이에 반해 H+와 OH-는 실제로 반응하여
새로운 물질을 만들어 내는 이온이므로 알짜 이온이라고 한다.
알짜 이온 반응식은 알짜 이온 간의 반응식을 나타남.
따라서 위 반응의 알짜 이온 반응식은 H+ + OH- --> H2O가 된다.
중화 반응은 눈에 보이지 않기 때문에 확인하는 방법으로 지시약을 사용된다.
지시약은 수용액의 액성에 따라 즉, 산성이냐 중성이냐 염기성이냐에 따라
그 색깔이 변함으로써 중화 반응이 일어나는 것을 눈으로
직접 확인하게끔 해 주는 화합물을 말한다.
이런 지시약은 대개 약한 산성 또는 약한 염기성 물질로 이루어져 있다.
다음은 어떤 지시약이 이온화하여 나타내는 색깔을 예로 든 것이다.
이온화하지 않은 지시약의 분자 상태 색깔은 무색이지만,
이온의 색깔은 붉은색으로 나타나 있다
여기에 염기를 첨가하면 H+ + OH- --> H2O 반응이 일어나 H+ 이온이 줄어들고
위 지시약의 평형 상태가 오른쪽으로 이동하게 된다.
이 때 [In-]/[HIn]의 값이 0.1 이하이면
대부분 [HIn] 상태를 유지하므로 분자 색깔인 무색으로 나타날 것이고,
[In-]/[HIn]의 값이 10 이상이면 대부분 [In-] 상태를 유지하므로
이온 색깔인 붉은색이 나타날 것이다.
결국 지시약의 색깔은 pH에 영향을 받게 된다.
*지시약은 약한 산이나 약한 염기이므로 적정 실험 시 두 세 방울 정도만 사용한다.
*지시약의 색깔이 변하는 pH 범위에 대하여는 다음 두 가지 정도만 외우자.
메틸 오렌지 (pH 3.1-4.4 ; 산성, 적색에서 황색으로 변색)
페놀프탈레인 (pH 8.2-10.0 ; 염기성, 무색에서 적색으로 변색)
청산에 불났다,
아! 산은비실거리며 노랗다가도 푸르르나
순간 폐수는 무색에서 붉게되는것이다
그러니 이와같은 행위는 메국(붉)노와 같다.
위에서 pH 범위 자체를 외울 필요는 없고
다만 산성 영역에서 변색하는지
염기성 영역에서 변색하는지 정도만 알아두면 된다.
즉, 메틸 오렌지는 산성이 세면 적색, 중성이나 염기성에서는 황색이며
페놀프탈레인은 산성이나 중성에서는 무색,
염기성이 세면 붉은색을 띤다.
강산에 강염기를 떨어뜨려 중화시키는 경우
중화점에서 용액의 pH는 7로서 중성이겠지만
강산을 약염기로, 약산을 강염기로
또는 약산을 약염기로 중화시키는 경우에도 pH가 과연 7로 될까요?
이제 다음에 중화 적정이 이루어지는 과정에 대하여 살펴 보자.
(1) 강산을 강염기로 중화하는 경우-염산 + 수산화나트륨
중화점은 pH가 7 근처이고,
지시약으로는 산성 영역에서 변색하는 메틸 오렌지와
염기성 영역에서 변색하는 페놀프탈레인을 모두 쓸 수 있다.
지시약을 쓸 수 있는 pH 범위는 pH가 급격하게 변하는 구간에
지시약의 변색 범위가 들어 있으면 된다.
(2) 강산을 약염기로 중화하는 경우-염산 + 암모니아수
중화점은 pH가 7보다 작은 산성 영역에 있으며,
지시약으로는 산성 영역에서 변색하는 메틸 오렌지가 적당하다.
(3) 약산을 강염기로 중화하는 경우-아세트산 + 수산화나트륨
중화점은 pH가 7보다 큰 염기성 영역에 있으며,
지시약으로는 염기성 영역에서 변색하는 페놀프탈레인이 적당하다.
(4) 약산을 약염기로 중화하는 경우-아세트산 + 암모니아수
중화점은 pH 7 근처이겠지만 중화점을 전후하여 pH가 완만하게 변하므로
지시약은 사용할 수가 없다.
지시약을 사용하려면 pH가 급격하게 변해야만 한다.
수용액 속에서 이온의 전기 전도도는 그 비율이 대략
H+ : OH- : 기타 이온 = 4 : 2 : 1 쯤 된다.
따라서 염산이 전기가 잘 통하는 주된 이유는
염화 이온보다 수소 이온(H+)의 영향이 크고,
수산화나트륨의 전기 전도도는 주로 나트륨 이온보다
수산화 이온(OH-)에 영향을 받는다고 볼 수 있다.
산과 염기의 중화 반응 실험으로는 pH 변화에 따른 지시약의 이용 방법과
전기 전도도를 측정하는 방법이 있다.
다음은 염산을 수산화나트륨 수용액으로 중화시키는 반응에서
H+ + Cl- + Na+ + OH- --> Na+ + Cl- + H2O
염산에 수산화나트륨을 넣으면
중화 반응에 의해 H+ 이온이 줄어들어 전기 전도도가 점점 떨어지다가
중화점에 이르면 전기 전도는 주로 Na+와 Cl-에 의존하므로
전류의 세기가 가장 약하다.
그 이후 계속 NaOH 수용액을 넣으면
수산화 이온(OH- 이온)이 증가하여 전기 전도도가 높아지는 주요 원인됨.