질산은 수용액과 구리 금속의 산화-환원 반응 ★

질산은 수용액과 구리 금속의 산화-환원 반응

redox AgNO3 + Cu

 

 

 

▶ 금속의 이온화 경향(서열): Cu > Ag

( 참고 https://ywpop.tistory.com/3195 )

---> Cu 금속은 Cu^2+ 이온으로 산화되고,

Ag^+ 이온은 Ag 금속으로 환원된다.

 

 

 

 

▶ 분자 반응식

2AgNO3(aq) + Cu(s) → Cu(NO3)2(aq) + 2Ag(s)

 

물질의 상태를 생략하면,

2AgNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + 2Ag

( 참고: 물질의 상태 https://ywpop.tistory.com/8165 )

 

 

 

▶ 이온 반응식

2Ag^+(aq) + 2NO3^-(aq) + Cu(s) → Cu^2+(aq) + 2NO3^-(aq) + 2Ag(s)

⇨ 이온의 개수는 4개에서 3개로 감소.

 

 

 

▶ 알짜 이온 반응식

 

 

2Ag^+(aq) + Cu(s) → Cu^2+(aq) + 2Ag(s)

⇨ 구리 이온 1개 생성될 때, 은 이온 2개 감소.

⇨ 양이온의 개수가 1개 감소.

( 음이온의 개수는 그대로. )

⇨ 수용액 속 전체 이온의 개수: 1개 감소

⇨ 금속 원자의 개수는 1개에서 2개로 증가.

( Cu(s) → 2Ag(s) )

⇨ 금속판의 질량은 증가한다.

 

 

 

▶ AgNO3 : Cu = 2 : 1 로 반응하는 이유

> 반응 전 이온 전하의 합 = 반응 후 이온 전하의 합

> 2Ag^+(aq) + Cu(s) → Cu^2+(aq) + 2Ag(s)

> 2(+1) + (0) = (+2) + 2(0)

 

 

 

▶ 금속판의 질량 변화

> Ag의 몰질량 = 107.87 g/mol

> Cu의 몰질량 = 63.55 g/mol

> Cu 1개(63.55)가 산화되어 용해되면,

Ag 2개(2×107.87)가 환원되어 Cu 판에 달라붙으므로,

---> 금속판의 질량은 증가한다.

( 참고: redox AgNO3 + Fe https://ywpop.tistory.com/4851 )

 

 

 

▶ 수용액의 밀도 변화

> 수용액의 질량이 감소하기 때문에,

수용액의 밀도는 감소한다.

> 단, 수용액의 부피 변화는 없다고 간주.

( 밀도 = 질량 / 부피 )

 

 

 

▶ 산화-환원 반쪽 반응식

> 산화: Cu(s) → Cu^2+(aq) + 2e^-

> 환원: 2Ag^+(aq) + 2e^- → 2Ag(s)

> 전자(e^-)는 Cu에서 Ag^+로 이동.

( 이동한 전자 수는 2 )

 

 

 

2AgNO3(aq) + Cu(s) → Cu(NO3)2(aq) + 2Ag(s) 에서,

▶ 산화된 물질: Cu

> Cu(s) → Cu(NO3)2(aq)

> Cu의 산화수는 0에서 +2로 증가.

( 참고: Cu(NO3)2의 산화수 https://ywpop.tistory.com/7590 )

> Cu는 환원제.

 

 

 

▶ 환원된 물질: AgNO3

> AgNO3(aq) → Ag(s)

> Ag의 산화수는 +1에서 0으로 감소.

( 참고: AgNO3의 산화수 https://ywpop.tistory.com/9203 )

> AgNO3는 산화제.

 

 

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[ 그림 출처 commons.wikimedia.org ] Diana tree made with a copper wire in a solution of silver nitrate in a beaker.

금속 구리(Cu)가 산화되어 생성된 구리 이온(Cu^2+) 때문에,

질산은 수용액의 색깔은 무색에서 푸른색으로 변한다.

 

 

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/6421 ]

 

 

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은 나무 실험(silver tree experiment)용 질산은 용액 만들기

0.1 M AgNO3 용액. 0.1 M silver nitrate solution

 

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AgNO3의 몰질량 = 169.87 g/mol 이므로,

가령 0.1 M AgNO3 용액을 100 mL 제조할 경우,

이때 필요한 AgNO3의 질량을 계산하면,

(0.1 mol/L) × 0.100 L = 0.01 mol AgNO3

0.01 mol × (169.87 g/mol) = 1.6987 g AgNO3

 

 

100 mL 부피 플라스크에 약 1.7 g의 AgNO3를 넣고,

적당량의 증류수를 가해 AgNO3를 완전히 용해시킨 다음,

부피 플라스크의 표선까지 마저 증류수를 가하면,

0.1 M AgNO3 용액 100 mL가 됩니다.

( 참고: 용액 만들기 https://ywpop.tistory.com/6158 )

 

 

또는

100 mL 비커에 약 90~95 mL의 증류수를 붓고,

약 1.6~1.7 g의 AgNO3를 넣어 만들어도 됩니다.

즉, 이 실험은 화학량론적인 실험이 아니기 때문에,

대략적 농도로 AgNO3 용액을 제조해도 됩니다.

 

 

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.blogspot.com/2023/12/cu-agno3-cuno32-ag.html ]

눈대중으로 반응식 완성하기. Cu + AgNO3 → Cu(NO3)2 + Ag

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/470867 ]

redox AgNO3 + Cu 반응 설명

> 위 반응을 이용하여 금속의 도금을 할 수 있다.

> Ag^+가 모두 반응한 이후 구리줄을 제거한 수용액은

CuNO3(aq)로 나타낼 수 있다.

 

 

 

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