일반화학실험 | 화학양론과 한계반응물

 

 

 

TIP

 

 

1. 금속과 염산의 분응에서 반응물과 생성물 사이의 양적 관계를 측정한다.
2. 금속이 염산과 반응할 때 발생하는 수소 기체의 부피가 금속의 질량에 따라 어떻게 변하는지 측정하여 화학반응에서 반응물과 생성물 사이의 양적 관계를 관찰하고 이 관례가 화학반응식의 양론계수와 일치하는지 비교한다.
3. 금속과 염산의 반응에서 어느 반응물이 한계반응물인지 확인해 본다.

 

 

 

화학양론(stoichiometry)

① 화학반응에서 반응물과 생성물사이의 질량관계

② 화합물에서 원소들의 원자 비율 관계

 

화학반응을 수행할 때 반응물은 화학반응식에 나타나 있는 화학양론적 비율대로 주어지지 않는다. 화학양론은 기본적으로, 화학반응이 일어날 때 원래의 원자가 없어지거나 새로운 원자가 생겨나지 않으며 각 원자의 양은 전 반응 동안 보존된다는 사실에 바탕을 둔다.

 

일정성분비의 법칙, 질량보존의 법칙, 배수비례의 법칙이 이에 관한 법칙들이다. 예를 들어, 뷰테인의 연소를 화학양론에 따라 해석하면 다음과 같다. 2개의 뷰테인 분자와 13개의 산소 분자가 반응하여 8개의 이산화탄소 분자와 10개의 물 분자가 생성되었다. 또는 뷰테인 2몰과 산소 13몰이 반응하여 이산화탄소 8몰과 물 10몰이 생성되었다.

 

질량 측면에서는 116.3g의 뷰테인과 416g의 산소가 반응하여 352.1g의 이산화탄소와 180.2g의 물이 생성되었다. 반응 전 탄소의 개수는 8개, 수소의 개수는 20개, 산소의 개수는 26개였으며 반응 전후 원소의 개수가 보존되었음을 알 수 있다. 반응에서 화학종의 반응 참여도를 화학양론계수로 나타낸다. 화학양론계수는 화학양론식에서 각 화학종의 계수를 말하는데, 보통 몰수로 나타낸다.

 

위의 반응에서 각 화학종의 화학양론계수는 뷰테인이 8, 산소가 13, 이산화탄소가 8, 물이 10이다. 화학양론비는 화학양론식에서 계수비로 반응물과 생성물 간의 환산인자이다. 환산인자를 이용하여 위의 반응에서 90.1g의 물을 만들고 싶을 때 필요한 산소의 양을 계산하면 구할 수 있다. 예를 들어 다음 반응을 살펴보자.

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실험 방법

1. 수상치환

1) 물통에 물을 채우고, 알맞은 관으로 기체를 그 속에 넣어 거품으로 부상(浮上)시켜, 물을 가득 채워 거꾸로 세운 용기 속에 그 거품을 모은다.

 

2) 수증기가 약간 혼입되기는 하지만, 목적하는 기체를 포집할 수 있다.

 

3) 수조 등의 물을 담을 수 있는 그릇에 물이 가득 찬 비커나 빈병을 뒤집어 두어 비커나 빈병에 공기가 없고 물이 가득 찬 상태에서 관을 두어서 기체를 치환하는 방법이다.

 

4) 이 방법은 모으고자 하는 기체가 물에 녹지 않아야 한다. 이 방법은 모으고자 하는 기체가 물을 밀어내면서 차게 되는 원리이다.

 

5) 이 방법은 하방, 상방 치환에 비해 공기가 섞일 우려가 없어서 순수한 기체를 모으기 좋은 방법입니다.

 

6) 아보가드로의 법칙에 따라서 0℃ 1기압 일때는 22.4L이다. 이상기체상태방정식(PV=nRT)를 이용하면 1×x = 1×0.082atm×l/k×㏖×(25+273)K을 해주면 24.436L 약 24.4L가 나온다.

 

 

 

 

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