칼럼) 화학1 중화반응 가이드

48-50-50 홀수 점수는 받아본 적 없는 화학러 칼럼입니다.

화학1 입문/ 비킬러 가이드는 전편 참고해주세요

https://orbi.kr/00043073342

https://orbi.kr/00043104270

화학1 킬러 중 한 축을 담당하는 중화반응입니다.

대부분이 중화가 양적보다 어렵다고 생각해서 양적만 하는 경우가 많던데, 전 중화가 훨씬 쉬웠습니다.

(근데 올해 수능은 또 양적이 쉽게 나왔습니다)

제가 자신있는 분야인만큼 먼저 칼럼으로 남기기로 했습니다.

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중화반응의 특징

조건 분석이 잘 되어야 하고, 계산이 빠르고, 앞에서 시간을 벌어왔어야 합니다.

가장 좋은 것은 눈으로 전부 풀어 값들을 적어놓고 복잡한 계산을 피하는 것입니다.

사실 온갖 비례관계를 이용하면 대부분의 계산은 피할 수 있습니다만, 일정 수준 이상의 눈풀은 사실상 불가능합니다.

그래서 제가 제일 중요하게 여기는 건, 적당히 눈풀하다가 각이 나오면 바로 계산을 달리는 판단력입니다.

이런 판단력은 실모 풀면서 기르시고, 평상시엔 눈풀 능력을 기르는 것이 좋습니다.

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경로세팅

우선 문제에 손을 대기 전에, 대략적인 계획은 있어야 합니다.

우리가 무엇을 구해야 하는지, 주어진 조건은 무엇인지를 확인하는 과정입니다.

특히 중화반응 문제 중 실험 과정이 주어진 경우 어느 용액이 어떻게 추가되는 것인지 꼭 확인해야 합니다.

주어지는 조건, 구하는 대상이 문제마다 매번 변하기 때문에 하나의 풀이만 사용하기는 어려우니, 현장에서 빠르게 확인하고 계획을 세워야 합니다.

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눈풀하기

일단 상황을 파악한 뒤 계산 하기 전에 용액의 종류, 농도, 부피 등등을 알아내기 위함입니다.

앞서 말했지만 여기서 최대한 많은 조건을 얻어낼 수록 계산이 편해지고 실수가 줄어듭니다.

제가 주로 사용하는 성질들은 다음과 같습니다.

1. 이온의 전하량 합은 0

비율만 주어진 상황에서 이온 종류를 찾을 수도 있고, 이온 개수를 찾아낼 수도 있고, 항상 사용할 수 있는 성질입니다.

정말 언제든 사용할 수 있습니다.

2. 이온 종류 파악

기본적으로 혼합 용액에는 섞은 용액 가짓수만큼의 구경꾼 이온 + 알짜 이온 하나가 포함됩니다.

따라서 3가지 용액을 섞었는데 총 이온이 3가지면 중화점이라고 생각할 수 있습니다.

또 양이온과 음이온의 관점에서 바라보면, 용액이 산성일 경우 존재하는 음이온은 모두 구경꾼 이온입니다.

이온 종류가 잘 파악되어 있어야 양이온/음이온 개수 조건에 대한 해석이 가능해집니다.

2. 1가 용액을 첨가하면 이온 수 일정

1가 용액은 중화점까지는 아무리 첨가해도 이온 수가 바뀌지 않습니다.

양이온과 음이온의 비도 1:1로 바뀌지 않습니다.

그렇다면 역으로 이온 수가 증가했다면 액성이 바뀐 것이라는 식의 판단도 가능합니다.

3. 2가 용액을 첨가하면 이온 수 감소

2가 용액은 첨가하면 이온 수가 감소해서 중화점에서는 원래 이온 수의 3/4까지 떨어집니다.

감소하는 비율은 용액의 몰 농도와 같습니다.

양이온과 음이온의 비도 계속 변화해서 중화점에서는 2:1이 됩니다.

기본적인 성질이지만 잘 활용한다면 쉽게 2가 용액에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.

네가지 다 기본적인 성질들이지만, 숙달되면 이것들만으로도 충분히 풀 수 있습니다.

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계산

위의 성질들을 활용해서 최대한 빈칸을 채우고, 계산이 필요한 부분이 보이면 계산하면 됩니다.

계산을 빠르고 정확히 하기 위한 팁들입니다.

1. 밀리몰 사용하기

대단한건 아니고, 단위를 변환해서 보기 좋게 사용하는 것입니다.

주로 자료에서 용액의 부피를 ml로 제공하기 때문에, 이온 개수를 나타낼 때 굳이 L 기준의 몰을 사용하지 않고,

몰 농도를 바로 ml에 곱해 mmol 단위로 사용하면 보기 좋은 숫자가 나옵니다.

이전에 중화적정에서 함부로 단위 안바꾼다고 했었는데, 중화반응은 질량이 안나오기 때문에 자유롭게 쓰셔도 됩니다.

2. 용액 표기

역시 대단한건 아니고, 시각적으로 보기 좋게 정리하는 방법입니다.

굳이 저처럼 하실 필요는 없고, 본인에게 맞는 방식 사용하시면 됩니다.

저는 용액이름 부피 알짜/구경꾼 이런 식으로 정리했습니다 (A 10ml 20/10 이런 식으로)

이렇게 해두면 이후에 찾기도 편하고, 눈에 이온 개수가 바로 들어와서 좋습니다.

혼합 용액의 경우 이온 여러개를 연달아 써주시면 됩니다.

3. 찍기

가끔가다 케이스를 나눠야 하는 경우가 생기는데, 이때 잘 찍으면 큰 이득입니다.

사실 케이스를 나눠 계산해보기 전에 액성을 파악할 수 있는 경우도 많고 그렇게 푸는 것이 가장 좋지만

인생이 아름답게만 흘러가지는 않는 법입니다.

시간을 5분 남겨놓고 이제 계산용 조건만 사용하면 되는데 액성 때문에 식을 못 적고 있다면

5분간 안절부절 못하면서 문제 쳐다보는 것보단 찍어서 계산하는 것이 옳습니다.

그게 위에서 말했던 판단력이구요.

주로 액성을 많이 찍게 될텐데, 액성이 다양해지는 편으로 찍는 것이 좋습니다.

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작년 수능 20번입니다.

객관적으로 어려운 문제는 아니었는데, 앞부분 때문에 시간이 정말 모자랐을 것 같습니다.

흔하다면 흔한, 부피를 표로 제공한 문항입니다.

표 형식의 문항은 결국 표를 채우는 것을 목표로 삼으면 됩니다.

우선 염기 용액의 농도가 주어졌으니 a를 이용해 이온 개수를 전부 적어줄 수 있습니다.

또 기타 조건들도 정리해봅시다.

여기서 몇 번 조건을 사용해야 할까요?

당연히 2번입니다. 

1, 3번의 경우 용액 두 개가 엮여있기 때문에 가뜩이나 정보가 없는 지금은 사용하기 힘듭니다.

그러나 2번 조건을 사용하기 위해선 먼저 용액 II의 액성을 알아야 합니다.

아마 여기서 많이 힘드셨을텐데, 계산 없이 액성을 알아내기는 불가능합니다.

(적어도 저를 포함한 대부분의 사람들에게는요)

결국 케이스를 나눠서 생각을 해야하는데, 염기라고 먼저 가정해보겠습니다.

II의 염기만을 더했을 때 양이온/음이온은 1.4a/2a 입니다.

여기 2가 산을 더하기 때문에 산의 농도만큼 음이온이 감소합니다.

2번 조건의 비율을 만족하기 위해선 산 용액에 이온이 6.4a/3개, 3.2a/3개 있어야 합니다.

여기서 쎄한 느낌을 받고 도망치는게 옳지만, 풀이하고 있으니 좀 더 살펴봅시다.

H이온이 6.4a/3개 들어왔는데 원래 있던 OH이온은 2a개 있었을테니까, 용액은 산이어야 합니다. 어라?

다시 산으로 가정하고 생각하면, 2가 염기에서 1.2a/0.6a개가 들어왔으므로 양이온이 0.6a개 감소한 효과가 납니다.

따라서 비율을 맞추기 위해선 산 용액에 원래 있던 이온은 2.4a/1.2a 있었어야 합니다.

이제 알아낸 정보를 활용해 표를 좀 더 채워봅시다.

이제는 아까 봐뒀던 조건들 중에서 1, 3번을 활용하면 됩니다.

산 혼합 용액에서 음이온은 산의 구경꾼 밖에 없으니, I과 II의 음이온 수 비는 1:2입니다.

몰 농도의 비는 5:4라 했으니 부피 비는 2:5, II의 부피가 100이니 I의 부피는 40입니다.

따라서 V는 20, a는 10입니다.

이제 문제 풀이 막바지에 이르렀으니, 구하는게 무엇인지 확인해봅시다.

산 용액의 농도와 III의 음이온 수를 구해 비율을 보정해주면 됩니다.

시간절약을 위해 필요한 부분만 채우면 됩니다.

산 용액을 보면 40에 12개가 존재하므로 x는 0.3입니다.

III을 보면 100에 음이온 20개가 있습니다.

I에서 40에 6개 있는 것을 5라고 했으니, b는 20/3입니다.

따라서 정답은 2, 2번입니다.

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생각보다 길어졌는데, 막상 직접 해보면 그리 오래 걸리지 않습니다.

가장 주의깊게 봐주셨으면 하는 점은 

첫째, 눈으로는 액성 파악이 안된다는걸 확인하고 계산을 통해 검증한 점

둘째, 그 외에는 복잡한 식이 거의 없었다는 점입니다.

긴 글 읽느라 수고 많으셨습니다

쓰느라 힘들었는데 다들 정성추 한번만 눌러주시면 감사하겠습니다

질문은 항상 환영합니다