황산구리 수용액과 마그네슘 금속의 산화-환원 반응 ★

황산구리 수용액과 마그네슘 금속의 산화-환원 반응

redox CuSO4 + Mg

 

 

 

 

▶ 금속의 이온화 경향(서열): Mg > Cu

( 참고 https://ywpop.tistory.com/3195 )

> Mg + Cu^2+ → Mg^2+ + Cu

---> Mg 금속은 Mg^2+ 이온으로 산화되고,

Cu^2+ 이온은 Cu 금속으로 환원된다.

 

 

 

▶ 분자 반응식

( 참고 https://ywpop.tistory.com/2523 )

Mg(s) + CuSO4(aq) → MgSO4(aq) + Cu(s)

 

 

 

▶ 이온 반응식

Mg(s) + Cu^2+(aq) + SO4^2-(aq) → Mg^2+(aq) + SO4^2-(aq) + Cu(s)

( 구경꾼 이온 = SO4^2- )

 

 

 

▶ 알짜 이온 반응식

Mg(s) + Cu^2+(aq) → Mg^2+(aq) + Cu(s)

⇨ Mg^2+ 이온 1개 생성될 때, Cu^2+ 이온 1개 감소.

⇨ 양이온의 개수는 그대로.

( 음이온의 개수도 그대로. )

⇨ 수용액 속 전체 이온의 개수: 변화 없음

⇨ 금속 원자의 개수도 그대로.

( Mg(s) → Cu(s) )

⇨ 금속판의 질량은 증가한다.

 

 

 

▶ 산화-환원 반쪽 반응식

> 산화: Mg(s) → Mg^2+(aq) + 2e^-

> 환원: Cu^2+(aq) + 2e^- → Cu(s)

( 이동한 전자 수는 2 )

 

 

 

Mg(s) + CuSO4(aq) → MgSO4(aq) + Cu(s) 에서,

▶ 산화된 물질: Mg

> Mg(s) → MgSO4(aq)

> Mg의 산화수는 0에서 +2로 증가.

> Mg는 환원제.

 

 

 

▶ 환원된 물질: CuSO4

> CuSO4(aq) → Cu(s)

> Cu의 산화수는 +2에서 0으로 감소.

> CuSO4는 산화제.

 

 

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/7923 ] redox Zn + CuSO4

 

 

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[Q1] 황산구리 수용액에 마그네슘판을 넣으면,

마그네슘이 산화된다고 하는데, 어떤 마그네슘이 산화될까요?

 

 

[A1] 수용액과 접촉하고 있는 마그네슘판 표면에 있는 마그네슘이 산화됩니다.

이때 마그네슘 금속은 전자를 내놓고 마그네슘 이온이 되면서 수용액에 용해됩니다.

Mg(s) → Mg^2+(aq) + 2e^-

 

 

 

[Q2] 그럼 마그네슘 금속이 내놓은 전자는 누가 받을 수 있을까요?

 

 

[A2] 오직 마그네슘판 표면에서 가장 가까이에 있는 구리 이온만

이 전자를 받을 수 있습니다.

즉, 마그네슘판 표면에서 가장 가까이에 있던 구리 이온들이

마그네슘 금속이 산화되면서 내놓은 전자를 받아서 환원되는데,

Cu^2+(aq) + 2e^- → Cu(s)

 

이 때문에 구리 이온은 마그네슘판에 달라붙게 되는 것입니다.

 

즉, Mg + CuSO4 산화-환원 반응이 마그네슘판 표면에서 일어나기 때문에,

구리 이온은 마그네슘판에 달라붙게 되는 것입니다.

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/13517 ] Mg(s) + CuSO4(aq)

 

 

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> Cu의 몰질량 = 63.55 g/mol

> Mg의 몰질량 = 24.31 g/mol

 

가벼운 Mg 1개가 산화되어 용해되면,

무거운 Cu 1개가 환원되어 마그네슘 판에 달라붙으므로,

 

▶ 금속판의 질량 변화

---> 금속판의 질량은 증가한다.

 

▶ 수용액의 밀도 변화

---> 수용액의 밀도는 감소한다.

( 밀도 = 질량 / 부피 이므로, 밀도 ∝ 질량 )

 

▶ 반응이 일어나면,

보다 무거운 Cu 1개가 수용액에서 빠져 나올 때,

보다 가벼운 Mg 1개가 수용액으로 녹아들어가기 때문에,

수용액의 밀도는 감소한다.

 

 

 

 

[키워드] redox Mg + CuSO4 기준, redox CuSO4 + Mg 기준, redox Mg + Cu^2+ 기준, redox Cu^2+ + Mg 기준