수용액에서 이온의 몰 농도를 계산하는 예

전해질을 물에 녹이면 반대 전하를 띤 이온으로 분리되어 결과 용액이 전기를 전도할 수 있습니다. 일반적인 전해질의 몇 가지 예는 염화나트륨 및 질산칼륨과 같은 다양한 유형의 염, 황산 및 질산과 같은 산, 수산화나트륨과 같은 일부 염기입니다.

다음 섹션에서는 예를 들어 강전해질과 약전해질을 포함하여 다양한 유형의 전해질에 대한 용액의 이온 몰 농도를 계산하는 방법에 대해 자세히 설명합니다.

용액 내 이온의 몰 농도를 계산할 수 있는 것이 왜 중요한가요?

여러 가지 이유로 용액을 준비할 때 이러한 이온의 몰 농도를 결정하거나 계산해야 합니다. 한편으로 이온의 전체 농도를 통해 전기 전도 능력에 대한 아이디어를 얻을 수 있습니다. 한편, 이온의 총 농도는 용액의 이온 강도에도 영향을 미치며, 이는 약산 및 약염기와 같은 다른 실제 시스템의 화학적 평형에 영향을 미칩니다.

마지막으로, 다른 이온의 농도는 생물학 및 생화학 분야에서 매우 중요합니다. 이는 나트륨, 칼륨과 같은 이온과 염화물 및 기타 음이온과 같은 이온의 농도가 막 전위, 즉 이온이 자발적으로 막의 한쪽을 가로질러 다른 쪽으로 통과하는 경향을 결정하는 중요한 요소이기 때문입니다. 세포의 적절한 기능에 매우 중요한 수많은 다른 수송 현상.

강한 전해질 용액의 이온 농도 계산

강한 전해질은 물에 녹았을 때 완전히 이온화되는 이온성 물질입니다. 이는 해리 반응이 비가역적이며 화합물의 모든 화학식 단위가 분리되어 용액에서 가능한 최대 이온 수를 발생시킨다는 것을 의미합니다.

이러한 이유로 강한 전해질의 경우 이온 농도의 계산은 균형 또는 균형 화학 반응에 따라 간단한 화학양론적 계산으로 구성됩니다. 다음과 같은 경우를 예로 들어 보겠습니다.

강한 전해질에 대한 이온 농도 계산의 예.

성명:

인산칼륨 10.00g을 용액 500.0mL에 녹여 만든 용액의 인산이온 몰농도와 칼륨이온 몰농도를 계산하라.

해결책:

이러한 유형의 문제는 일련의 순서가 지정된 단계에 따라 해결할 수 있습니다. 명세서에서 제공하는 데이터에 따라 일부 단계는 필요하지 않지만 일반적으로 다음을 항상 사용할 수 있습니다.

1단계: 데이터와 미지수를 추출하고 관련 분자량을 결정하고 필요한 단위 변환을 수행합니다.

이것은 거의 항상 모든 유형의 문제를 해결하는 첫 번째 단계입니다. 이 경우 용질의 질량에 해당하는 인산칼륨(K ₃ PO ₄ ) 10.00g을 용해하여 용액을 준비한다는 설명입니다 .

이온의 몰 농도가 요구되기 때문에 우리는 어느 시점에서 다음과 같은 염의 몰 질량이 필요할 것입니다.

이 문구는 또한 용액의 부피에 해당하는 500.00mL의 용액이 준비될 것임을 나타냅니다. 그들은 몰농도를 묻기 때문에 이 부피는 리터로 변환되어야 합니다.

2단계: 전해질의 몰 농도를 계산합니다. 이는 종종 분석 농도라고도 합니다.

일반적으로 소금 자체의 몰 농도에서 소금의 이온 농도를 계산하는 것이 더 쉽습니다. 몰농도 공식과 위에 제시된 데이터를 사용하여 이를 수행합니다.

여기서 C _K3PO4는 소금의 몰 농도를 나타냅니다.

저자 주: 일반적으로 모든 농도 단위에서 분석 농도를 나타내기 위해 C를 사용하는 것이 일반적입니다. 분석 농도란 측정된 용질, 용매 및 용액의 양에서 계산된 농도를 의미합니다. 이는 화학 반응 후 또는 화학 평형을 설정할 때 다른 종의 농도와 구별하기 위한 것입니다.

3단계: 균형 해리 방정식 작성

이 경우 강한 전해질이므로 반응이 비가역적입니다(평형이 성립되지 않음).

4단계: 균형 방정식에서 얻은 화학양론적 관계를 사용하여 관심 이온의 농도를 결정합니다.

방정식이 작성되면 화학양론을 사용하여 이온의 농도를 결정하기만 하면 됩니다. 우리가 수행하는 모든 계산은 부피가 변하지 않는 단일 솔루션을 참조하므로 농도가 각 종의 몰에 정비례하기 때문에 몰 대신 몰 농도를 사용하여 화학양론적 계산을 직접 수행할 수 있습니다.

이것은 두 이온의 농도가 다음에 의해 결정됨을 의미합니다.

약한 전해질 용액의 이온 농도 계산

약한 전해질의 경우 근본적인 차이점은 해리 반응이 가역적이며 용질 분자의 작은 부분만이 해리되어 자유 이온을 형성한다는 것입니다. 이러한 이유로 이러한 경우 이온 농도를 계산하려면 화학 평형을 풀어야 합니다.

약한 전해질에 대한 이온 농도 계산의 예.

성명:

^{산의 산도 상수가 1.75 .10 -5} 임을 알고 500.0 mL의 용액에 10.00 그램의 아세트산을 용해하여 준비된 용액에서 아세테이트 이온과 하이드로늄 이온의 몰 농도를 계산하십시오 .

해결책:

이 경우는 약한 전해질인 아세트산 용액을 다루기 때문에 이 용질을 물에 녹여서 이루어지는 이온 평형을 해결해야 합니다. 첫 번째 단계는 위와 동일하지만 4단계부터 절차가 변경됩니다. 방법은 다음과 같습니다.

1단계: 데이터와 미지수를 추출하고 관련 분자량을 결정하고 필요한 단위 변환을 수행합니다.

용질의 질량은 다시 10.00g이고 용액의 부피도 500.0mL이며 이는 앞에서 본 것처럼 0.5000L에 해당합니다. _{아세트산(CH 3} COOH) 의 분자량은 60.052g/mol입니다.

2단계: 전해질의 몰 농도를 계산합니다.

위에 제시된 데이터를 사용하여 아세트산의 초기 또는 분석 몰 농도는 다음과 같습니다.

3단계: 균형 해리 방정식 작성

앞의 경우와 달리 약한 전해질이므로 반응이 가역적이므로 평형이 성립됩니다.

4단계: 화학 평형을 풀어 모든 종의 농도를 결정합니다.

이 과정은 이전 과정과 완전히 다릅니다. 이온의 최종 농도는 화학양론에 의해 산의 초기 농도에서 직접 결정할 수 없기 때문입니다. 이러한 농도는 질량 작용 법칙에 의해 주어진 평형 조건도 충족해야 하기 때문입니다. .

이 특별한 경우 평형 상태는 평형 상수의 표현에 의해 결정됩니다.

다음 ICE 표는 초기 농도와 최종 농도를 연결합니다. 이 경우 실제로 얼마나 많은 산이 해리되는지 미리 알 수 없으므로 농도의 변화는 미지수(X)로 표현되어야 합니다. 그런 다음 화학량론에 의해 X도 아세테이트 이온과 양성자로부터 형성되어야 한다는 것이 확립되었습니다.

미지수 X를 찾으려면 다음과 같은 산도 상수 방정식을 사용하면 됩니다.

이 방정식은 다음과 같이 다시 작성할 수 있습니다.

이것은 산도 상수 값을 대입한 후 해가 다음과 같은 2차 방정식입니다.

ICE 표에서 볼 수 있듯이 두 이온의 농도는 이 경우 X와 같으므로 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

^{두 이온의 농도는 2.41.10 -3} 몰 과 같습니다 .

참조

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Sarica, S. (nd). 예를 들어 이온 농도. https://www.chemistrytutorials.org/ct/es/44-Concentraci%C3%B3n_de_iones_con_ejemplos 에서 가져옴