물 정리(펌)

[김준성]

물

❶ 자연계의 물

가) 물의 분포 : 바닷물 - 약 97%

담수 - 빙하와 빙산(2.15%), 지하수(0.62%), 호수(0.017%),

대기(0.001%), 하천(0.0001%), 생물체(0.0001%) 등

나) 물의 순환 : 지구 표면의 75% 정도를 차지.

이동과 상태변화로 끊임없이 순환.

다) 물의 상태변화

























㉠ 융해열 : 고체 1g이 같은 온도의 액체 1g으로 되는데 필요한 열

예) 얼음의 경우 : 80cal/g(336J/g)

㉡ 기화열 : 액체 1g이 같은 온도의 기체 1g으로 되는데 필요한 열

(증발열) 예) 물의 경우 : 540cal/g(2268J/g)

㉢ 비열 : 물질 1g의 온도를 1℃ 높이는데 필요한 열량

예) 물의 경우 : 1cal/g℃(4.2J/g℃)




※ 얼음의 가열곡선

* 얼음20g을 가열할 때의 온도변화 곡선이다.

각 구간의 상태를 표시하고 각 구간에서 흡수한 열량을 계산하여라.






Q1: 얼음 20g이 융해할 때 흡수한 열 :

Q2 :

Q3 :

라) 물의 전기분해

* 전기분해 : 전기에너지 → 화학에너지

(+)극 : (-)이온 - 산화

(-)극 : (+)이온 - 환원

* 물의 전기분해

2 H2O → 2H2 + O2 발생하는 기체의 부피비 = 2 : 1



(+)극 : 2 H2O → O2 + 4 H++ 4 e-

(-)극 : 4 H2O + 4 e- → 2 H2 + 4 OH-

p.12

❷ 물의 특성

ꋮ 물 분자의 구조 : 수소원자와 산소원자의 공유결합으로 이루어진 굽은형 구조의 극성분자











* 원자의 구조

원자핵 - 양성자

중성자

전 자

* 원자의 표시법

질량수 원자번호 = 양성자수 = 전자수

원자번호 질량수 = 양성자수 + 중성자수

* 전자는 원자핵 주위의 불연속적인 원 궤도를 따라 원 운동함.

* 팔우설(옥텟규칙) : 원자는 가장 바깥쪽 전자껍질에 8개의 전자를 가지고 안정하려고 함.

* 화학결합 : 가장 바깥쪽 전자껍질에 8개의 전자를 가지고 있지 않은 원자들은 다른

원자들과 결합을 통해 안정하게 되어 물질을 형성함.

▸이온결합 :


▸금속결합 :


▸공유결합 :



* 전기음성도 : 원자가 공유전자쌍을 끌어당기는 힘의 상대적 크기

( F > O > N = Cl > C > H )

* 분자 - 극성분자 : 분자의 모양이 비대칭 - HCl, H2O, NH3, CH3Cl 등

무극성분자 : 분자의 모양이 대칭 - H2, O2, N2, CO2, CH4, C2H4, C2H2 등

(극성분자는 전기를 띤 에보나이트 막대 쪽으로 휘어진다.)




ꋮ수소결합: 전기음성도가 큰 F, O, N 원자가 수소원자와 분자를 형성한 경우, 한 분자의 F, O,

N 원자가 다른 분자의 수소 원자를 끌어당기는 분자간의 결합.

예) HF, H2O, NH3, CH3OH, CH3COOH 등

▸강한 분자간의 인력이므로 수소결합물질들은 다른 분자에 비해 녹는점, 끓는점이 높다.

▸회합(여러 분자가 모여 한 분자처럼 행동하는 것)하여 이합체를 형성하기도 함.











p.12

가) 표면장력

액체가 표면적을 최소화하려는 힘.

▸수은을 제외하고는 다른 액체들보다 물의 표면장력이 매우 크다.

▸온도가 높아질수록 표면장력은 감소한다.

▸물의 표면장력이 크기 때문에 나타나는 현상

㉠ 빗방울이나 액체 속의 공기 방울은 구형이다.

㉡ 물이 가득 들어있는 용기에 클립을 서서히 넣으면 물이 볼록 올라와도 넘치지 않는다.

㉢ 소금쟁이가 물위를 가볍게 걸어 다닌다.

㉣ 반지를 실에 걸어 물위로 살짝 끌어당기면 물이 달려 올라온다.


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나) 태양열의 저장 창고인 물

㉠ 물질의 녹는점과 끓는점

▸녹는점: 고체에 열을 가할 때 더 이상 온도가 올라가지 않고 일정하게 유지되는 지점의 온도.

고체가 액체로 변하는 지점의 온도.

▸끓는점: 액체에 열을 가할 때 더 이상 온도가 올라가지 않고 일정하게 유지되는 지점의 온도.

액체가 기체로 변하는 지점의 온도.

▸녹는점과 끓는점에 도달할 때까지 흡수하는 열을 융해열, 기화열이라고 한다.

▸분자 사이의 인력이 강할수록 융해열, 기화열이 많이 필요하며,

녹는점, 끓는점이 높은 물질이다.




★대체로 분자량이 크다 = 분자간의 인력이 강하다 = 융해열, 기화열이 많이 필요하다 = 녹는점, 끓는점이 높다.




* 원자량

: 탄소 원자(12C) 한 개의 질량을 12.00으로 정하고 이것과의 상대적인 질량을 나타낸 값

예) H: 1, O: 16, N: 14 S: 32 등

* 분자량

: 분자를 이루는 원자들의 원자량 합

예) H2 O2 N2 H2O NH3 CO2 CH4



㉡ 물의 녹는점과 끓는점

▸분자량이 비슷한 다른 물질보다 녹는점과 끓는점이 높다.

▸동족의 수소화합물보다 분자량이 작지만 녹는점과 끓는점이 높다.

→ 이것은 수소결합으로 물분자사이의 인력이 매우 강하다는 것을 의미한다.

▸분자간의 인력을 깨는데 에너지가 많이 필요하다.

→ 기화열(증발열)이 크다.































★ 증발열이 커서 나타나는 현상

▸땀이 마를 때 서늘해진다.

▸바닷물의 증발은 태양에너지를 많이 소비하여 지구의 평균기온이 크게 변하지 않는다.

▸불이 난 곳에 물을 뿌리면 온도가 낮아져 불이 꺼진다.

▸사람의 몸의 수분량을 일정하게(약 70%) 유지할 수 있다.










㉢ 물의 비열( 4.21J/g․℃ )

▸수소결합으로 다른 물질에 비해 비열이 매우 크다.

▸쉽게 데워지거나 식지 않는다.



★ 비열이 커서 나타나는 현상

▸사람의 몸은 70% 정도의 물로 되어 있어 체온이 일정하게 유지된다.

▸해안지방에서 낮 - 해풍, 밤 - 육풍이 분다.

▸끓는 기름보다 끓는 물에 데인 화상이 더 심하다.

























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다) 물 위에 떠 있는 빙산

㉠ 밀도 : 물질의 질량을 부피로 나누었을 때의 값.( D = M / V )

▸물질의 특성이 된다.

▸대부분의 물질은 고체가 액체로 될 때 입자간의 거리가 멀어져 부피가 증가하므로

▸밀도는 감소한다.


㉡ 물의 밀도

밀도

(g/㎤)

물







얼음

-8 -4 0 4 8 온도(℃)



▸4℃ 물의 밀도가 가장 크다.

4℃보다 높으면 물 분자 운동이 활발해지면서 부피가 늘어나 다시 밀도가 감소한다.

▸0℃ 물의 밀도가 0℃ 얼음의 밀도보다 크다.

수소결합으로 얼면서 공극이 많이 생겨 부피가 커지기 때문이다.(10% 정도 부피 증가)

★ 물의 밀도가 얼음의 밀도보다 커서 나타나는 현상

▸겨울철 물이 얼면 수도관이 파열된다.

▸봄철 바위가 깨져 굴러 떨어지기도 한다.

▸겨울철 호수나 강의 표면부터 언다. → 겨울철 수중 생태계 보호.

p.17

라) 물의 용해성

㉠ 용해의 원리

▸용해 : 두 가지 이상의 물질이 균일하게 섞이는 현상

▸원리 : 용매와 용질의 성질이 비슷할 경우

- 극성용질은 극성 용매에, 무극성 용질은 무극성 용매에.

( )

용매와 용질 입자간의 인력이 용매와 용매, 용질과 용질간의 인력보다 클 경우.

▸염화나트륨의 용해 ▸설탕의 용해













㉡ 물의 용해성

▸극성 분자로 많은 이온성 물질을 녹임. → 우수한 용매

▸세포액, 혈액, 림프의 성분 → 많은 영양소 운반과 섭취에 용이

p.19

㉢ 기체의 용해도

▸기체의 용해도는 온도가 높을수록 감소한다.

▸기체의 용해도는 온도가 일정할 경우 압력이 높을수록 증가한다.

▸Henry의 법칙: 일정온도에서 일정량의 용매에 용해하는 기체의 질량은 압력에 비례한다.
















※ 모세관 현상 : 가는 유리관으로 물이 상승하여 관속의 수면이 높아지는 현상

식물의 영양분 흡수, 체내 혈액 순환, 양초 심지 등

p.20

❸ 수용액에서의 반응

(가) 알짜 이온 반응식 : 반응에 실제로 관여한 이온만 써서 나타낸 식



㉠ 앙금생성 반응

AgNO3(aq) + NaCl(aq) → NaNO3(aq) + AgCl(s)

수용액 중에서 ;

알짜이온반응식 ;

★ 앙금(물에 녹지 않는 물질) : PbI2,

※




㉡ 중화반응

HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)

수용액 중에서 ;

알짜이온반응식 ;




※ H2SO4(aq) + 2 NaOH(aq) → Na2SO4(aq) + H2O(l)




㉢ 산화-환원 반응 (기체 발생 반응)

Mg(s) + 2 HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2(g)

수용액 중에서 ;

알짜이온반응식 ;



















1학년 과정 복습 ※ 중화반응 : 산 + 염기 → 염 + 물 + Q

* HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)

[ H+ + OH- → H2O ]

구 분
산
염 기

성 질
신맛, 금속과 반응(H2↑)
쓴맛, 미끈한 촉감

지시약
리트머스(붉은색)

메틸오렌지(붉은색)

BTB(노란색)
리트머스(푸른색)

페놀프탈레인(붉은색)

BTB(푸른색)

이온화
산 → H+ + 음이온
염기 → 양이온 + OH-

종 류
*강한 산 : HCl, HNO3, H2SO4

*약한 산 : H2CO3, CH3COOH
*강한 염기 : NaOH, KOH

*약한 염기 : NH3, Mg(OH)2



* 중화적정 : 중화 반응을 이용한 미지 용액의 농도 측정 방법



물질
산성
중성
염기성

리트머스
붉은색
-
푸른색

BTB
노란색
녹색
푸른색

P P
무색
무색
붉은색

M O
붉은색
주황색
노란색



[용액의 액성에 따른 지시약의 색깔 변화]



14 강산과 강염기

pH 약산과 강염기

PP 약산과 약염기

7 강산과 약염기

MO





* 중화점: 산의 수소이온과 염기의 수산화이온이 같은 입자수로 완전히 중화 반응한 지점

* 생활 속의 중화반응 이용

∙생선회의 비린내를 줄이기 위해 레몬즙을 뿌린다.

∙벌침에 쏘이면 암모니아수를 바른다.

∙위산과다에 제산제를 먹는다.

∙신 김치에 식소다를 넣으면 신맛이 줄어든다.

∙산성화된 호수에 석회가루를 뿌린다.

∙산성화된 토양에 볏짚을 태운 재를 뿌린다.

p.22

(나) 화학반응식 꾸미기

화학 반응식 : 화학적 변화에 관여한 물질을 화학식으로 나타낸 식

㉠ 반응 물질과 생성 물질의 종류와 화학식을 알아낸다.

㉡ 반응물질 + 반응물질 생성물질

㉢ 반응 전후의 원자수가 같아지도록 계수를 정수비가 되게 맞춘다.




※ 프로판 가스의 연소 반응

a C3H8(g) + b O2(g) → x CO2(g) + y H2O(g)

C 원자수 ;

H 원자수 ;

O 원자수 ;



∴C3H8(g) + 5 O2(g) → 3 CO2(g) + 4 H2O(g)




★ 계수의 비 = 분자수 비 = 기체의 부피 비




※ 화학반응식을 통해 알 수 있는 사항

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(g)






① 반응물질과 생성 물질

: 수소 기체와 산소 기체, 수증기




② 반응하는 분자수 비

: 수소 분자 2개와 산소 분자 1개가 반응하면 수증기 2 분자를 생성

( 모형 - )




③ 반응하는 기체의 부피비

: 같은 온도와 압력에서 수소 기체 2L와 산소 기체 1L가 반응하면 수증기 2L를 생성

( 모형 - )



※ 기체반응의 법칙 : 기체들이 반응할 때 그 부피사이에는 간단한 정수비가 성립한다.




④ 반응하는 물질의 질량 관계

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(g)

2 ×2 g + 1 ×32 g = 2 ×18 g ; 질량보존의 법칙







p.24

❹ 물과 우리 생활

(가) 우리 나라의 수자원

㉠ 연평균 강수량 : 1274㎜(세계평균 : 973㎜)

㉡ 1인당 연평균 강수량 : 2755㎥(세계평균 : 22096㎥)

㉢ 년 총강수량 1267㎥의 24%만 이용(댐, 하천, 지하수)

㉣ 국민 1인당 활용가능한 물의 양 : 1452㎥

⇒ 물 부족 국가(매년 1700㎥/1인 미만)로 판명 - PAI보고

p.26

(나)물의 정화

㉠ 상수의 정수과정

취수장 * 상수원으로부터 물을 퍼 올리는 곳




침사지 * 물을 잠시 모아 굵은 모래, 흙 등을 가라앉히는 곳



암모니아성 질소, 철, 망간을 산화 → 염소

혼화지 * 응집용 약품을 투입 → KOH, 백반[KAl(SO4)2]

Al3+ + 3OH- → Al(OH)3



침전지 * 미세 입자들을 엉기게 하여 가라앉힘




여과지 * 모래와 자갈로 불순물을 걸러냄

공기 방울 주입(포기법), 활성탄 여과 → 탈취



염소살균 * 염소 살균 소독 : Cl2 + H2O → HCl + HOCl

→ 물 속 유기물과 THM(CHCl3) 발암 물질 생성 위험



정수지 * 정수된 물을 저장하는 곳




배수지 * 물의 양을 조절하여 각 가정으로 공급







※ 기타 정수 방법

∙오존소독 : 산화력이 커서 살균력이 뛰어나지만 비용이 많이 든다.

주변 생태계에 영향을 미치지 않는다.

∙활성탄 : 표면적이 넓어 미세한 입자를 잘 흡착한다.

∙역삼투 : 오염된 물에 삼투압보다 더 높은 압력을 가하면 반투막을 통해 깨끗한

물로 정제된다.

∙자외선소독 : 살균력이 뛰어나지만 비용이 많고 지속적이지 않음

∙이온교환수지 : 센물에 포함된 Ca2+을 Na+으로 바꾸어 단물로 생성






p.29

㉡ 센물과 단물

* 센물 : Ca2+, Mg2+이 많이 포함된 물

2RCOONa + Ca(HCO3)2 → (RCOO)2Ca↓ + 2NaHCO3

2RCOONa + Mg(HCO3)2 → (RCOO)2Mg↓ + 2NaHCO3

비누 센물 불용성염



⇒ 비누막 표면에 염이 형성되어 비누가 잘 풀리지 않음



1)일시적 센물 : 탄산수소염이 녹아 있는 물

Ca(HCO3)2(aq) 가열 CaCO3(s)↓ + H2O(l) + CO2(g)

Mg(HCO3)2(aq) 가열 MgCO3(s)↓ + H2O(l) + CO2(g)

⇒ 가열하면 탄산염이 침전되어 단물로 됨(관석 생성 원인)



2)영구적 센물 : CaCl2, MgSO4 등이 녹아 있는 물

▸Na2CO3을 첨가하여 탄산염으로 침전시킴

CaCl2(aq) + Na2CO3(aq) → CaCO3(s)↓+ 2NaCl(aq)

MgSO4(aq) + Na2CO3(aq) → MgCO3(s)↓+ Na2SO4(aq)

▸이온교환수지로 제거



* 단물 : Ca2+, Mg2+이 적게 포함된 물

⇒ 비누가 잘 풀린다.




p.30

㉢ 수질 오염

① 수질오염 원인

* 생활 하수 : 합성 세제, 음식물, 분뇨,

각종 쓰레기 등의 유기물

* 산업 폐수 : 폐유, 폐수(열), 각종 화공약품,

중금속(Cd, Pb, Hg) 등

* 축산 폐수 : 가축 분뇨(N, P) 등

② 수질오염으로 인한 피해

* 부영양화 → DO 감소, BOD 증가

1) 유기물 증가

․호기성 세균의 이상 증식으로 산소 고갈

․혐기성 세균에 의한 부패, 악취 발생, 산소 부족

2) 무기물 증가(N, P) → 녹조 현상

․호수에 녹조류 과다 증식으로 물 속 산소가 부족

3) 인산염이 유입(세제, 비료) → 적조 현상

․바다에 편모류의 이상 증식으로 물고기 집단 폐사

* 생물 농축 현상(중금속-Cd, Pb, Hg, 환경호르몬)

․먹이 사슬에 따라 동식물의 체내에 농축

- Cd ; 이타이이타이병, Hg ; 미나마타병

․효소 작용과 체내 대사 작용 방해

- 언어 장애, 전신 마비 등




③ 수질 오염 방지 대책

* 생활 하수, 공장 폐수, 분뇨 처리 시설 확충

* 쓰레기 분리 수거, 자원 재활용

* 오염 물질 배출 기준 강화

* 하천이나 호수의 자정 작용을 위한 환경 조성

* 물 소비량을 줄이고 하수를 재활용하는 중수도의 설치

* 빗물을 활용하는 방안과 시설 연구

* 환경에 대한 가치관과 윤리관 확립




④ 물의 자정작용

* 분해성 유기물(탄수화물, 지방, 단백질 등)이 물 속에서 희석, 또는 호기성 세균에

의해 분해되어 자연적으로 깨끗해지는 현상

* 자정과정

분해단계 → 부패단계 → 회복단계 → 정수단계

미생물 수 증가 용존산소량 감소 용존산소량 증가 용존산소량 풍부

용존산소량 감소 호기성세균 감소 호기성 세균 증가 여러 종류의 어류 번식

이산화탄소 농도 증가 혐기성 세균 증가 광합성 조류 번식 대장균과 세균 수 감소

오염에 강한 곰팡이 증가 악취 발생 벌레의 유충 번식 수중식물의 광합성 활발

구더기 번식 수중 산소 공급량 증가