중3 1단원 질량보존 법칙, 일정성분비 법칙 (2)

일정성분비 법칙

 

일정성분비 법칙이란 1799년 프랑스의 화학자인 프루스트가 발표를 했는데요, "한 화합물을 구성하는 성분 원소들 간에는 일정한 질량비가 성립한다."라고 했습니다. 

다시 말하면 화합물을 구성할 때는 구성하는 원소들 간에 정해진 질량비가 있다는 것으로 아무렇게 반응한다고 다 화합물이 되는 것은 아니라는 것이죠. 예를 들면 물을 생성하기 위해서는 수소와 산소가 반응해야 하는데, 이때 수소와 산소의 질량비가 1 : 8입니다. 만약 1 : 8이 아니라면 물을 만들 수 없다는 것입니다. 이해가 되시나요??

가령 우리가 물감으로 원하는 색을 만들 때 비율이라는 것이 있죠? 만약 비율이 다르면 우리가 원하는 색이 안 나오겠죠? 이처럼 화합물도 구성할 때 성분 원소들간의 정해진 질량비로만 결합이 된다는 뜻입니다.

 

 

 

 

 

- 물 - 

물은 수소와 산소로 구성이 되어 있습니다. 물분자의 화학식은 H2O이고요~ 분자모형은 그림과 같아요^^

물분자 - 네이버 참고

 

물을 구성하는 수소와 산소의 질량비는 어떻게 될까요? 질량비를 알기 위해서는 원자들의 질량(원자량)을 알아야 하는데, 원자량은 중학교 범위가 아니고 고등학교 화학시간에 배웁니다. 그래서 원자들의 질량(원자량)을 문제에서 제시를 합니다.

물분자를 보시면 수소 2개와 산소 1개가 만나고 있죠. 그래서 수소와 산소의 개수비는 2 : 1 입니다. 수소의 원자량은 1이고 산소의 원자량은 16이에요^^ 그럼 수소와 산소의 질량비는 2 X 1 : 1 X 16 = 1 : 8 이 됩니다.

이해가 되시나요??

 

- 암모니아 -

암모니아는 질소와 수소로 이루어진 화합물이고 화학식은 NH3 이예요^^

암모니아 분자 - 네이버 참조

 

암모니아는 질소 1개와 수소 3개로 이루어져 있죠. 그럼 암모니아에서 질소와 수소의 질량비는 어떻게 될까???

수소의 원자량은 1이고, 질소의 원자량은 14입니다. 그럼 질량비는 수소가 3개 이므로 3 X 1 질소는 1개 이므로 1 X 14 이므로 수소 : 질소 = 3 X 1 : 1 X 14 = 3 : 14입니다.

 

- 이산화탄소 - 

이산화탄소는 탄소 1개와 산소 2개로 이루어진 화합물로 화학식은 CO2입니다.

이산화탄소 분자 - 네이버 참조

 

이산화탄소는 탄소 1개와 산소 2개로 이루어져 있죠. 그럼 이산화탄소의 질량비는 어떻게 될까요?

탄소의 원자량은 12, 산소의 원자량은 16입니다. 그럼 질량비 계산 할 수 있으세요??

탄소 : 산소 = 1 X 12 : 2 X 16 = 12 : 32 = 3 : 8 이예요^^ 질량비를 계산할 때는 항상 가장 작은 정수비로 계산을 해주셔야 해요^^

 

여기서 질량비가 같으면 같은 화합물인가요? 아닙니다. 질량비는 가장 작은 정수비로 계산을 한 것이기 때문에 같을 수는 있어도 질량비가 같다고 같은 화합물은 아니라는 것~ 그리고 일정성분비 법칙은 화학변화에서만 적용이 됩니다. 물리변화에서는 적용이 안돼요. 간단히 예를 들면 소금물 100g을 만드는 방법 생각해 보세요?? 한 가지만 있을까요? 아니죠? 엄청나게 많죠. 물리변화에서는 적용을 할 수 없다는 것.

 

 

 

 

 

그럼 우리는 화합물의 질량비를 다 암기해야 하는가?? 아닙니다. 물의 질량비정도는 알고 있으면 됩니다. 나머지는 화학식을 통해서 충분히 파악을 할 수 있으니까요~~

 

 

볼트와 너트를 이용하여 화합물을 만드는 경우입니다.

볼트와 너트로 만든 화합물 - 비상교육 참조

 

볼트(B), 너트(N)이라고 합시다. 볼트 1개와 너트 2개를 이용하여 BN2이라는 화합물을 만들고 싶습니다. BN2는 B 1개와 N 2개 만든 화합물을 말합니다. (가)에서는 B가 2개, N이 4개 있으므로 BN2 화합물을 2개 만들 수 있죠. (나)에서는 B는 2개, N는 6개 이죠. 그럼 BN2라는 화합물을 최대 2개만 만들 수 있어요. 왜? B가 부족해서 이죠. 이해가 되시나요??

그럼, B가 3개, N이 8개 있어요. BN2를 최대 몇 개까지 만들 수 있을까요? 구해보세요^^

 

또 일정성분비 법칙 문제로는 그래프를 이용하여 많이 주어지는데요~~

구리와 산소의 질량 관계 그래프 - 비상교육 참조

 

구리와 산소는 화학반응하면 산화구리(Ⅱ)를 만드는데, 그때 질량비는 구리 : 산소 = 4 : 1입니다. 질량비를 암기를 해도 풀 수 있고요, 그래프를 봐도 질량비는 알 수 있습니다. 왼쪽 그래프를 보시면 산소 1g과 만나는 구리가 4g이라는 것을 알 수 있고, 산소가 2g 이면 구리는 8g이라는 것처럼 그래프로 통해서 확인이 가능하죠. 그리고 오른쪽 그래프는 구리 + 산소 -> 산화구리(Ⅱ) 인데요, 질량보존 법칙에 의하여 구리와 산소의 총질량은 산화구리(Ⅱ)의 총질량과 같죠. 그럼 구리 4g이 산소와 만나서 산화구리(Ⅱ) 5g이 생성되므로 구리와 산소, 산화구리(Ⅱ)의 질량비를 알 수 있습니다. 

이해가 되시나요??

 

앙금이란 화학반응이 일어난 후 물에 녹지 않는 염을 앙금이라고 하는데, 용액 속에 녹아 있기 때문에 질량을 구하는 것을 어렵죠. 그래서 부피비로 질량비를 이야기합니다.

아이오딘화 칼륨 + 질산납 화학반응 실험 - 비상교육참조

 

그림은 아이오딘화 칼륨 수용액 6ml를 6개 시험관에 넣고 A 시험관을 뺀 나머지에 질산납 수용액의 부피를 달리하면서 넣는 실험 모습입니다. 아이오딘화 칼륨 수용액과 질산납 수용액이 반응하면 아이오딘화 납이라는 노란색 앙금이 생기죠. 

그래프에서 앙금의 높이가 점점 높아지다가 질산납 수용액의 부피가 6ml부터는 앙금의 높이가 일정하죠. 왜 그럴까요? 아이오딘화 납 앙금을 만들기 위해서는 아이오딘화 칼륨 수용액에 있는 아이오딘화 이온과 질산납 수용액에 있는 납이온이 반응해야 합니다. 근데, 왜 앙금의 높이가 높아지다가 일정할까요? 그 이유는 아이오딘화 이온과 납이온이 반응하는 비율이 정해져 있기 때문이죠. 결론부터 말하면 아이오딘화 칼륨 수용액과 질산납 수용액의 부피비는 1 : 1입니다. 아이오딘화 칼륨 수용액이 6ml 들어 있으므로 질산납 수용액이 최대로 반응할 수 있는 양은 6ml이죠. 그럼 질산납 수용액이 2, 4ml일 때는 아이오딘화 칼륨 수용액보다 질산납 수용액의 양이 적기 때문에 반응이 다 안 일어났고, 질산납 수용액이 8,10ml이 ㄹ때는 아이오딘화 칼륨 수용액의 양이 적기 때문에 반응이 다 안 일어났다는 것을 알 수 있습니다. 이해가 되시나요??

 

말로 설명하다가 글로 설명하려고 하니 점점 길어지네요 ㅠㅠㅠ

 

2023.03.17 - [중등과학문제풀이] - 중3 1단원 질량보존 법칙, 일정성분비 법칙 (1)

중3 1단원 질량보존 법칙, 일정성분비 법칙 (1)

이해가 되었으면 합니다.

https://kblue77.tistory.com/entry/%EC%A4%913-%EC%A7%88%EB%9F%89-%EB%B3%B4%EC%A1%B4-%EB%B2%95%EC%B9%99-%EC%9D%BC%EC%A0%95-%EC%84%B1%EB%B6%84%EB%B9%84-%EB%B2%95%EC%B9%99-%EB%AC%B8%EC%A0%9C

중3 질량 보존 법칙 , 일정 성분비 법칙 문제

 문제 풀어보시면서 공부한 것을 확인해보시기를~~~

 

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