용액의 화학량론

균형 반응식의 계수를 반응물과 생성물의 몰수로 취급하는 몰 방법을 이용하여 화학량론을 계산하는 것을 앞에서 공부하였다.

몰농도를 알고 있는 용액을 다룰 때 MV = 용질의 몰수 라는 관계를 이용한다.

 

여기서는 무게 분석과 산-염기 적정이라는 용액의 화학량론인 두 가지 형태를 살펴보기로 한다.

 

무게 분석

무게 분석(gravimetric analysis)은 질량 측정에 기초를 두고 있는 분석 기술이다.

무게 분석 실험에서는 침전물의 생성, 해리, 질량 결정의 단계가 포함되며, 이온 결합 화합물에 많이 사용된다.

미지의 물질이 물에 녹아 다른 화합물과 반응하여 생성된 침전물과 여과, 건조, 검량 하여 침전물의 질량과 화학식을 알면, 처음 물질의 화학 성분(양이온과 음이온)의 질량을 계산할 수 있다.

 

처음 물질의 질량과 구성 성분의 질량을 알면 그 물질의 구성 성분의 비율도 또한 알 수 있다. 

비교적 반응물을 순수한 형태로 얻을 수 있기 때문에 무게 분석에서 자주 다루는 반응은 다음과 같다.
AgNO3(aq) + NaCl(aq) →→ NaNO3(aq) + AgCl(s)

알짜 이온 반응식은 다음과 같다.
Ag' (aq) + CI (aq) → AgCl(s)

그림4.17 무게 분석의 기본 절차. (a) 알려진 양의 NaCI을 포함하는 용액. (b) 눈금 실린더로부터 AgNO3용액을 가하면 AgCI 침전이 형성된다. 이 반응에서 AgNO3는 초과 반응물이며 NaCI은 한계 시약이다. (c) 생성된 AgCI을 포함하는 용액은 미리 무게를 측정한 소결 도가니를 이용하여 거른다. 도가니를 기구로부터 제거하여 오븐에 말린 후, 다시 무게를 측정한다. 사용 전후의 질량 차이가 AgCI 침전의 질량이다.

 

침전물은 염화 은(AgCl)이다.

 

예를 들어, 바닷물로부터 얻은 NaCl 시료의 순도를 알고자 한다.

그렇게 하기 위해서는 NaCl 중 CI의 질량 백분율을 실험적으로 결정할 필요가 있다.

먼저 NaCl 시료의 무게를 정확하게 달아 물에 녹여 NaCl 용액을 만든다.

그리고 NaCl 용액에 충분한 AgNO3 용액을 가하여 이 용액 중에 존재하는 모든 CI 이온을 AgCl로 침전 시킨다.

이 과정에서 NaCl은 한계 시약이며, AgNO가 초과 시약이다.

마지막으로 AgCl 침 전물을 여과하여 용액으로부터 분리, 건조시킨 다음 무게를 측정한다.

CI의 질량은 AgCl의 질량으로부터 AgCl 중 CI의 질량 백분율을 이용하여 계산할 수 있다.

 

이 같은 양의 CI이 원래 NaCl 시료에 존재했었기 때문에, NaCl 중 CI의 질량 백분율을 계산할 수 있고 순도를 알 수 있다.

그림 4.17은 이 실험 과정을 보여준다. 

 

무게 분석은 시료의 질량을 비교적 정확히 측정할 수 있기 때문에 매우 정교한 방법이다.

그러나 이 과정은 완결 즉, 100% 진행하는 반응에 대해서만 적용할 수 있다.

앞서 제시한 예에서 만일 AgCl이 불용성이 아니고 조금이라도 녹는다면, NaCl 용액으로부터 CI 이온을 전부 제거한다는 것은 불가능하며 이후 계산에서도 오차가 발생할 것이다.