금속과 산의 반응. 한계반응물. 이상기체방정식

금속과 산의 반응. 한계반응물. 이상기체방정식

 

 

300 K, 1기압에서 금속 아연(Zn)을 0.2 M 염산(HCl) 0.2 L에 넣었더니,

Zn이 모두 반응하여 기체 0.24 L가 발생하였다.

반응 후 남은 용액 0.2 L에서 수소 이온(H+)의 몰농도는?

(단, HCl은 용액에서 모두 이온화하고, 온도는 일정하고,

물의 증발은 무시하고, 기체 상수(R)는 0.08 atm-L/mol-K이다.)

 

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균형 맞춘 반응식

Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g)

 

반응 전 HCl의 몰수를 계산하면,

(0.2 mol/L) * 0.2 L = 0.04 mol HCl

 

반응 후 발생한 기체의 몰수를 계산하면,

PV = nRT

n = PV / RT

= [(1 atm)(0.24 L)] / [(0.08 atm-L/mol-K)(300 K)]

= [(1)(0.24)] / [(0.08)(300)] = 0.01 mol H2

 

HCl : H2 = 2 : 1 반응 비이므로,

반응한 HCl의 몰수를 계산하면,

HCl : H2 = 2 : 1 = ? : 0.01 mol

? = 0.02 mol HCl

 

반응하고 남은 HCl의 몰수는

0.04 – 0.02 = 0.02 mol HCl

 

HCl(aq) → H+(aq) + Cl-(aq) 이고,

용액의 부피가 0.2 L 이므로,

수소 이온의 몰농도는

0.02 mol / 0.2 L = 0.1 M H+