partⅢ화학반응

1. 화학반응과 에너지

1-1. 화학반응에서 에너지 출입이 없다면 어떻게 될까?

    1-1-1 학습 활동지

1-2. 에너지가 생성되거나 소멸이 된다면 어떻게 될까?

    1-2-1 학습 활동지

2. 반응속도와 화학평형

2-1. 반응속도는 어떻게 하면 빠를까?

    2-1-1 학습 활동지

2-2. 화학평형은 어떤 상태일까?

    2-2-1 학습 활동지

2-3. 화학평형을 이동시키려면 어떻게 해야 할까?

    2-3-1 학습 활동지

3. 산과 염기의 반응

3-1 산 염기의 분류 기준은 무엇일까?

    3-1-1 학습 활동지

3-2. 산과 염기의 세기는 어떻게 알까?

    3-2-1 학습 활동지

3-3. 중화 반응에서는 어떤 변화가 일어날까?

    3-3-1 학습 활동지

4. 산화·환원반응

4-1. 산소와 결합할 때 전자는 어디로 이동할까?

    4-1-1 학습 활동지

4-2. 산화·환원 반응은 어디에 이용되고 있을까?

    4-2-1 학습 활동지

 

5 창의력 기르기

6 과학 글쓰기

7 직업 엿보기

 

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49대 2

 

 

    • 평형상수로 화학반응의 진행 방향의 정도를 예측할 수 있다.

    • 농도, 압력, 온도에 따라 화학평형이 이동함을 관찰하고 설명할 수 있다.

• 평형 상태에 있는 가역 반응 조건(농도, 압력, 온도)을 변화시킬 때 새로운 화학 평형에 도달한다.  

다음은의 반응에서 N2O4(g)와 NO2(g)의 초기 농도와 평형 상태의 농도를 나타낸 표이다. 이들 반응의 규칙성을 탐구해 보자.  

표 Ⅲ-2 의 반응에서 규칙성 발견

        • 평형 상태에서 의 값은 N2O4와 NO2의 농도에 규칙성을 찾을 수 없다.

        • 평형 상태에서  의 값은 N2O4와 NO2의 농도에 관계없이 일정하다.  

• 평형 상수





 K :  평형상수

•   일정한 온도에서 항상 일정한 값을 갖는 다.
• 온도가 일정할 때 화학평형에 도달하면 반응 초기의 반응 물질과 생성 물질의 농도에 관계없이 반응 물질과 생성 물질의 농도비는 항상 일정하다는 것을 의미한다.
• 평형상수가 큰 값을 갖는 경우, 평형 상태에서 반응물의 농도에 비해 생성물의 농도가 크다. 즉, 정반응이 우세하게 진행되어 평형에 도달하였음을 나타낸다.
•   평형상수가 작은 반응은 역반응이 우세하게 진행되어 평형에 도달하였음을 나타난다.

 



평형상수 구하기

1. 다음 화학 반응식을 평형상수식으로 나타내시오.

        1)

        2)

 

2. 다음 화학반응의 평형상수값은?

       



 





다음은 암모니아 합성 반응식을 이용하여 화학평형 상태에서 평형 이동의조건을 변화시킬 때의 결과를 정리하였다. 이 결과를 보고 조건 변화에 따른반응의 규칙성을 탐구해 보자.



농도

1) N2(g) 추가시키면 : 정반응 우세

2) H2(g) 추가시키면 : 정반응 우세

3) NH3(g) 추가시키면 : 역반응 우세

압력

1) 압력 증가시키면 : 정반응 우세

2) 압력 감소시키면 : 역반응 우세

온도

1) 온도 증가시키면 : 역반응 우세, K감소

2) 온도 감소시키면 : 정반응 우세, K증가



• 외부의 조건 변화에 의해서 계의 평형이 깨지면 그 변화를 감소하는 방향으로 새로운평형이 이동한다. [르샤틀리에 원리]
• 암모니아 수득률을 높이려면 압력은 높이고, 온도를 낮추면 가능하다
• 평형 이동 법칙 또는 르샤틀리에 원리
• 가역 반응이 평형 상태에 있을 때 온도, 압력, 농도 등과 같은 조건을 변화시키면 그 조건의 변화를 감소하려는 쪽으로 평형이 이동하여 새로운 평형에 도달하는 것 을
• 농도 변화에 의한 평형 이동



농도 변화에 의한 평형 이동

• 평형 상태에 있는 반응에 반응물의 농도를 증가시키거나 생성물의 농도를 감소시키면 정반응쪽으로 반응이 진행되어 새로운 평형에 도달한다.
• 반대로 반응물의농도를 감소시키거나 생성물의 농도를 증가시키면 역반응 쪽으로 진행되어 새로운평형에 도달한다.
• 다음은 아이오딘화 수소의 생성 반응이다.



• 이 반응에서 H2(g)나 I2(g)를 추가하면 K값은 감소한다.
• 온도가 같으면 K값이 일정하므로 H2(g)나 I2(g)를 소비하는 정반응이 진행된다. 따라서 HI(g)를 제거하면HI(g)가 감소되지 못하도록 HI(g)를 생성하는 정반응이 진행된다.



3. 696K의 일정한 온도에서 HI의 분해반응 평형상수 K는 0.018이다.

    

이 반응이 평형 상태에 있을 때 H2(g)를 추가하면 (         )반응이 우세하게 진행된다

• 압력 변화에 의한 평형 이동



압력 변화에 의한 평형 이동

• 기체는 외부 압력에 따라 부피가 변하게 되므로 농도가 변하게 된다. 압력을 증가시키면 기체 분자 수가 적어지는 쪽으로, 압력을 낮추면 기체 분자 수가 증가하는 쪽으로 반응이 진행되어 새로운 평형에 도달한다.
• 그러나 언제나 압력의 변화에 의해 평형이 이동하는 것이 아니다. 예를 들어과 같은 반응은 반응 전후 기체의 몰 수에 변화가 없는 반응이므로 외부에서 압력을 변화시키면 평형은 어느 쪽으로도 이동하지 않는다.



4. 다음의 가역 반응이 평형 상태에 있을 때, 반응 용기의 부피를 감소시켜 압력을 증가시키면 평형은 어느 쪽으로 이동하겠는가?

 

 

• 온도 변화에 의한 평형 이동



온도 변화에 의한 평형 이동

1. 온도를 높이면 열을 흡수하는 쪽으로, 온도를 낮추면 열을 발생하는 쪽으로 반응이 진행된다.



2. 외부에서 이 반응계에 온도를 높이면, 반응계의 온도가 낮아지기 위해 열을 흡수하는 정반응 쪽으로 진행되며, K값은 증가한다. 반대로 반응계의 온도가 낮아지면 열을 발생시키는 역반응 쪽으로 반응은 진행되므로 K값은 감소한다.
3. 농도, 압력과는 달리 온도가 변하면 평형상수 값이 변한다. 발열반응에서는 온도가 높아질수록 역반응이 진행되므로 평형상수는 작아진다. 반면 흡열반응인 경우에는 온도가 높아질수록 정반응 쪽으로 진행하므로 평형상수가 증가한다.

그림 Ⅲ-20 평형상수와 온도



5. 5. 다음의 가역 반응에서 온도를 높여주면 평형은 어느 쪽으로 이동하겠는가?

1)

2)

 

 

 





• 압력 증가 : HbO2(aq) 농도 증가
• 압력 감소 : HbO2(aq) 농도 감소

생체는 체온, pH, 삼투압이나 각 생화학 성분을 비롯하여 그 밖의 다른 체내의 환경이 항상 유지되는 것이 필요하다. 그러나 고산지대로 가면 르샤틀리에의 원리에 의해 산화 헤모글로빈(HbO2)의 농도가 감소한다. 이로 인해 우리 몸은 산소를 세포에 원활히 공급할 수 없는 산소 결핍 증상이 나타난다.

그러나 일반적으로 1주일~1개월이 지나면 우리 몸은 정상적으로 회복된다.이는 고산지대에 오랫동안 살고 있는 사람들의 헤모글로빈의 농도가 저지대에 사는 사람보다 많다는 것을 알 수 있다.

 



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