2017학년도 10월(10.17.) 고3 전국연합학력평가 화학1 풀이 [17번]
2017학년도 10월(10.17.) 고3 전국연합학력평가 화학1 풀이 [17번]
정답: ③ 60
풀이:
이전 교육과정 문제이지만, 최근 산-염기 중화반응 문제에서 킬러 유형을 배제하면, 연습하기에는 나쁘지 않다. 물론, 그렇다고 좋아하는 유형은 아니다. 산-염기 중화적정은 미지 산 또는 염기의 농도를 밝히거나, 중화적정 그래프 및 적정 과정에서의 pH와 연계되어야 의미가 있다고 생각하는 편이다. 그래도 학생 질문에 답할 겸, 풀이를 남겨둔다.
HCl + NaOH 혼합 용액 x mL에 KOH 수용액을 첨가했다. 초기 혼합 용액의 액성도, 혼합 이후의 (가), (나), (다) 용액의 액성도 현재로써는 알 수가 없다. 초기에 HCl, NaOH의 초기 농도와 혼합 비율을 모르고, 이후 첨가한 KOH 수용액의 농도를 알 수 없기 때문이다.
여기서 한 가지 힌트가 될 수 있는 부분은 전체 이온수 대비 차지하고 있는 X 이온수 비율이 1/2이라는 것이다. 모두 1가 산, 1가 염기로만 이루어져 있기 때문에, 양이온 전체 비율은 1/2 이며, 음이온 전체 비율도 1/2이다. 만약, 양이온 또는 음이온이 한 종류로만 구성되어 있다면 그 화학종의 이온수 분율이 1/2이다.
전체 이온은 양이온 아니면, 음이온으로 구성되어 있기 때문에, 양이온은 H+, Na+, K+ 이며, 음이온은 OH-, Cl- 이다. 용액의 액성에 따라 양이온과 음이온은 조합이 달라지는데, 중요한 것은 특정 화학종(양이온 또는 음이온)이 그 전하에 해당하는 이온 전부여야 한다. 예를 들어
(산성) H+ + Na+ = Cl-
(염기성) Na+ = OH- + Cl-
그런데, 이 문제 조건에서는 염기가 KOH, NaOH가 두 종류 사용되었기 때문에, 무조건 양이온은 Na+와 K+가 함께 존재하고, 절대로 1/2의 비율을 가질 수 없다. 따라서 X는 Cl- 이다. (가)와 (나)의 수용액 액성은 산성이다.
(가) , (나) 용액의 전하 균형 (산성) H+ + Na+ + K+ = Cl-
주어진 표의 X 이온의 몰농도(단위 부피당 이온의 수)를 이용하여 초기 부피 x 를 구할 수 있다. (가), (나)에 포함된 Cl-의 몰수는 변화가 없으므로, k 라고 놓고 식을 세우면
(가)의 몰농도 = k / (x+10) , (나)의 몰농도 = k / (x+20) 이며,
이들의 농도 비가 4 : 3 이다.
따라서 4x + 40 = 3x + 60 이며, x = 20 mL 이다. 초기 x의 부피가 20 mL 이다. 그리고, (가), (나), (다) 용액의 Cl- 몰수는 변화가 없으므로,
(나)의 Cl- 몰수 = 농도 * 부피 = N * (20+20 mL) = 40N mmol
(다)의 Cl- 몰수 = 농도 * 부피 = (2N /3) * (20+y mL) = 40N mmol
120N = 40N + 2y , y = 40 mL 이다.
따라서 x + y = 20 + 40 = 60 이다.
- 끝 -
* 해당 문제의 출처는 서울시교육청이며, 본문 설명 중 잘못된 부분에 대해 지적해 주시면, 참고하여 수정 업데이트 하도록 하겠습니다.