오늘부터는 일반화학 핵심개념과 관련된 어려운 문제들도 좀 풀어보면서 실전 문제풀이 능력을 기르고 약점을 보완해보도록 하겠습니다. 먼저 화학반응식 관련 문제부터 보고 갑시다.
문제
계수비가 알려지지 않은 반응식을 주고 보기의 사실관계를 파악하는 문제입니다. 계수비를 먼저 찾아준 뒤, 각각의 비율을 이용하여 생성물의 질량이나 압력 등을 확인해볼 수 있는 문제입니다.
풀이
먼저 반응식의 계수부터 맞춰줍니다. 수소의 경우 반응물과 생성물 모두에서 하나의 화합물만 가지고 있으므로 수소 먼저 맞춰줍시다. 그 다음 F의 비율을 맞춰주고, 마지막으로 Eu의 비율을 맞춰주면 순서대로 2Eu + 6HF -> 2EuF3 + 3H2의 계수비가 만들어짐을 알 수 있습니다.
보기 ㄱ에서는 계수비 b/a의 값을 묻고 있으므로 확인해보면 3이 맞음을 알 수 있습니다. 따라서 보기 ㄱ은 맞습니다.
보기 ㄴ에서는 생성된 H2의 몰수를 문제에서 준 변수만을 가지고 나타내었을 때 어떻게 되는지 묻고 있습니다. 따라서 주어진 식에서 한 부분씩 차례대로 해석해 나가면 맞는지 확인해볼 수 있습니다. 먼저 w2-w1은 반응한 F의 질량을 나타냄을 알 수 있습니다. 왜냐하면 Eu와 EuF3의 경우 F를 가지고 있냐 없냐의 차이이기 때문에 질량의 차이는 플루오린의 질량이 됩니다. 이후 이것을 19*3으로 나누어주면 생성되는 EuF3의 몰수가 됩니다. (생성된인데 오타가 있습니다.)
그런데 우리가 구하는 것은 생성된 EuF3의 몰수가 아닌 H2의 몰수이므로 여기에 반응계수의 비를 곱해주어야 합니다. 따라서 3/2를 곱해주면 약분이 되면서 보기에서 주어진 식이 맞음을 알 수 있습니다. 따라서 보기 ㄴ은 맞습니다.
보기 ㄷ에서는 반응을 더 진행시키면 압력이 감소하는지를 묻고 있습니다.
애초에 반응이 진행되다가 Eu가 한계반응물이라서 반응이 중단된 상태에서 압력이 감소했기 때문에, 반응을 더 진행시킨다면 당연히 압력이 더 감소할 것입니다. 따라서 보기 ㄷ은 맞습니다.
따라서 맞는 보기는 ㄱ, ㄷ이고 정답은 5번입니다.
더 생각해보기
문제에서 물어본 것 외에 추가로 초기에 반응이 얼마나 진행되었는지 구해봅시다.
문제에서 반응 전과 후의 압력을 줬으므로 반응식을 세워보고 기체 상태에 해당하는 반응물 또는 생성물의 계수비만을 이용하여 얼마나 반응했는지를 알아내야합니다. 따라서 위와 같이 대략적으로 반응 전과 후의 계수의 총합을 구해보면 1-3x = 0.6(atm)이 되고, 따라서 x를 구할 수 있습니다.
이후 다시 x를 대입하여 압력 변화를 구해보면 HF는 1atm에서 0.2atm이 되었으므로 반응물은 80%가 반응하였음을 알 수 있습니다.
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