식초와 베이킹소다의 반응. CH3COOH + NaHCO3 ★

식초와 베이킹소다의 반응. CH3COOH + NaHCO3

 

 

식초와 베이킹소다를 반응시켰을 때 배출되는 이산화탄소의 양은 어떻게 구하나요? 예를 들어, 식초 130 mL와 베이킹소다 7 g을 반응시켰을 때 배출되는 이산화탄소의 양은 얼마일까요?

 

---------------------------------------------------

 

식초의 주성분은 아세트산(CH3COOH)이고,

베이킹소다의 주성분은 탄산수소나트륨(NaHCO3)입니다.

 

 

 

이 둘을 혼합하면, 다음과 같은 반응이 일어나며,

CH3COOH + NaHCO3 → NaCH3COO + H2O + CO2

반응 결과, 이산화탄소(CO2)가 발생합니다.

 

 

 

이 반응은 약산인 아세트산과 염기성염인 탄산수소나트륨의 산-염기 반응이며,

반응 결과, ‘염 + 물 + 기체’가 생성되는 중화반응입니다.

( ‘기체가 생성되는’ 설명 https://ywpop.tistory.com/7409 )

( 탄산수소나트륨 설명 https://ywpop.tistory.com/4752 )

( CH3COONa 설명 https://en.wikipedia.org/wiki/Sodium_acetate )

 

---------------------------------------------------

 

일반적으로 식초의 산도는 4%이므로,

식초 130 mL에 들어있는 아세트산의 부피는

130 mL × (4/100) = 5.2 mL

 

 

아세트산의 밀도 = 1.05 g/mL 이므로, 아세트산의 질량은

5.2 mL × (1.05 g/mL) = 5.46 g

 

 

아세트산의 몰질량 = 60.05 g/mol 이므로,

식초 130 mL에 들어있는 아세트산의 몰수는

5.46 g / (60.05 g/mol) = 0.0909 mol 아세트산

( 계산 설명 https://ywpop.tistory.com/7738 )

 

 

 

베이킹소다는 100% 탄산수소나트륨이라고 가정하면,

탄산수소나트륨의 몰질량 = 84.01 g/mol 이므로,

베이킹소다 7 g에 들어있는 탄산수소나트륨의 몰수는

7 g / (84.01 g/mol) = 0.0833 mol 탄산수소나트륨

 

 

 

CH3COOH : NaHCO3 = 1 : 1 반응하므로,

① 0.0909 mol 아세트산과 화학량론적으로 반응하는 탄산수소나트륨의 양은

0.0909 mol 탄산수소나트륨 ---> 그러나 탄산수소나트륨은 이만큼 없음.

② 0.0833 mol 탄산수소나트륨과 화학량론적으로 반응하는 아세트산의 양은

0.0833 mol 아세트산 ---> 아세트산은 이만큼 있음. 다 반응하고도 남음. 아세트산은 과잉시약.

 

 

 

따라서 한계시약은 탄산수소나트륨이고,

( 한계시약, 한계반응물 설명 https://ywpop.tistory.com/3318 )

NaHCO3 : CO2 = 1 : 1 계수비(= 몰수비) 이므로,

0.0833 mol 탄산수소나트륨이 반응하면, 생성되는 이산화탄소의 양은

0.0833 mol 이산화탄소

 

 

 

생성된 이산화탄소의 몰수로부터 이산화탄소 기체의 부피를 계산하면,

이상기체방정식, PV = nRT 에서,

( 식 설명 https://ywpop.tistory.com/3097 )

P = 1 atm, T = 25℃(=298 K) 조건하에서,

V = nRT / P

= [(0.0833 mol) (0.0821 atm•L/mol•K) (298 K)] / (1 atm)

= 2.038 L

 

 

 

따라서 식초 130 mL와 베이킹소다 7 g을 반응시키면,

최대 2.038 L의 이산화탄소 기체가 발생(배출)되리라 예상됩니다.

그러나 실제 화학반응은 이론과 같이 100% 일어나지 않기 때문에,

대략 2리터 정도 생각하시면 될 것 같습니다.

 

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/3497 ]