화학 반응식
⑴ 화학 반응식 : 화학반응을 화학식을 이용해 표시한 식
① 반응물(reactant)
② 생성물(product)
③ 시약(reagent) : 실험실에서 사용 가능한 화학물질
④ 방관자 이온(spectator ion) : 반응에 참가하진 않지만 존재하는 것을 나타내기 위해 표시한 이온
○ 방관자 이온을 제외한 반응식을 알짜 이온 반응식(net ionic equation)이라고 함
⑤ 화학 반응식의 작성 방법
○ 1단계. 반응물과 생성물을 화학식으로 나타냄
○ 2단계. skeletal equation : 어떤 화학종이 반응하는지만 적어 놓은 화학 반응식
○ 3단계. balanced chemical equation : skeletal equation에서 각 계수를 계산한 화학 반응식
○ 4단계. detailed chemical equation : 각 화학종의 상태(예 : g, l, s, aq) 및 조건(예 : Δ, hν)도 기입한 화학 반응식
○ 기체 상태 : (g)
○ 액체 상태 : (l)
○ 고체 상태 : (s)
○ 수용액 상태 : (aq)
⑵ 화학 반응식의 법칙
① 질량 보존의 법칙 : 핵반응이 아닌 이상 각 원자에 대해 수가 보존돼야 함
② 전하 보존의 법칙 : 반응물들의 전하량 합과 생성물들의 전하량 합이 일치해야 함
③ 일정 성분비의 법칙 : 한 원소와 다른 원소가 결합할 때 일정한 정수비를 이룸
④ 배수비례의 법칙 : 한 원소의 일정량과 결합하는 다른 원소의 질량의 종류는 일정한 정수비를 이룸
○ 단, 두 원소가 두 종류 이상의 화합물을 생성할 때
⑶ 화학 반응식의 계수 계산
① 산화환원 반응의 경우 산화 화학종과 환원 화학종의 산화수 변화비의 역수비가 곧 계수비가 됨
○ 일반적으로 산화환원반응은 산화수가 변하는 화학종의 계수를 정한 뒤 H2O, H+의 계수를 적당히 맞춰줌
② 예시
○ C6H14 + O2 → CO2 + H2O
○ 1C6H14 + O2 → CO2 + H2O
○ 1C6H14 + O2 → 6CO2 + H2O (∵ C)
○ 1C6H14 + O2 → 6CO2 + 7H2O (∵ H)
○ 1C6H14 + 19/2O2 → 6CO2 + 7H2O (∵ O)
○ 2C6H14 + 19O2 → 12CO2 + 14H2O
⑷ 한계 반응물(limiting agent) : 한계시약(limiting agent)이라고도 함
① 반응에서 모두 소모되는 물질
② 반응 후 생성물의 양은 한계 반응물의 양에 비례
⑸ 수득율(percentage reaction yield)(%) = 실제 수득량 / 이론 수득량 × 100
① 실제로는 반응이 완전히 일어나지 않고 역반응으로 인해 중간에 화학평형을 이룸
⑹ 반응의 분류
① 모든 반응은 전자의 이동을 통해 반응물의 결합이 분해되고 생성물의 결합이 생성되면서 이뤄짐
② 전자의 이동이 있어 산화수 변화가 있는 경우 : 산화환원반응
③ 전자의 이동은 있으나 산화수 변화가 없는 경우 : 산염기반응. 침전반응과 그렇지 않은 반응으로 세분화
1. 화학 반응식: 화학식을 사용하여 화학 반응을 나타낸 식
화학식
• 분자로 존재하는 물질: 분자를 이루는 원자의 종류와 개수를 이용하여 나타낸다.
예) 산소: O2, 물: H2O
• 분자로 존재하지 않는 물질: 물질을 이루는 원자의 종류와 개수비를 이용하여 나타낸다.
예) 구리: Cu, 염화 나트륨: NaCl
※ 금속 물질의 화학식
수소 기체는 수소 원자 2개로 이루어지므로 H2로 나타내고, 물은 수소 원자 2개와 산소 원자 1개로 이루어지므로 H2O로 나타낸다.
그런데 구리와 같은 금속 물질은 수많은 원자가 규칙적으로 배열되어 있으므로 원소 기호로 나타낸다.
2. 화학 반응식 나타내는 방법 (예: 물 생성 반응)
① 1단계
• 반응물질을 왼쪽에, 생성물질을 오른쪽에 쓰고, 그 사이에 화살표(→)를 넣는다.
• 반응물질이나 생성물질이 여러 개인 경우 ‘+’ 기호로 연결한다.
예) 반응물질: 수소, 산소
생성물질: 물
수소 + 산소 → 물
② 2단계
• 반응물질과 생성물질을 화학식으로 나타낸다.
예) 수소: H2, 산소: O2
물: H2O
H2 + O2 → H2O
③ 3단계
• 반응 전후에 원자의 종류와 개수가 같도록 계수를 맞춘다.
• 단, 계수비는 간단한 정수비가 되어야 하며, 계수가 1인 경우 생략한다.
예) 산소 원자의 개수를 같게 맞추기 위해 H2O 앞에 2를 붙인다.
수소 원자의 개수를 같게 맞추기 위해 H2 앞에 2를 붙인다.
3. 여러 가지 화학 반응식
① 철 가루와 황가루를 섞어 가열하면 황화 철이 생성된다.
: Fe + S → FeS
② 수소와 질소의 혼합 기체를 반응시키면 암모니아가 생성된다.
: 3H2 + N2 → 2NH3
③ 과산화 수소에 이산화 망가니즈를 넣어 주면 물과 산소로 분해된다.
: 2H2O2 → 2H2O + O2
④ 탄산수소 나트륨을 가열하면 탄산 나트륨, 물, 이산화 탄소로 분해된다.
: 2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2
⑤ 메테인을 연소시키면 수증기와 이산화 탄소가 생성된다.
: CH4 + 2O2 → 2H2O + CO2
⑥ 마그네슘 리본을 연소시키면 산화 마그네슘이 생성된다.
: 2Mg + O2 → 2MgO
4. 화학 반응식을 통해 알 수 있는 것
① 물질의 종류, 분자와 원자의 종류와 개수
② 화학 반응식의 계수비 = 분자 수비 = 부피비(기체 사이 반응의 경우) ≠ 질량비
③ 질량 보존 법칙과 일정 성분비 법칙의 성립
예) 암모니아 생성 반응
| • 화학 반응식 | N2 + 3H2 → 2NH3 |
| • 반응 모형 |  |
| • 물질의 종류 | - 반응물질: 질소, 수소 - 생성물질: 암모니아 |
| • 분자의 종류와 개수 | 질소 분자 1개, 수소 분자 3개, 암모니아 분자 2개 |
| • 원자의 종류와 개수 | 질소 원자 2개, 수소 원자 6개, 암모니아(질소 원자 2개 + 수소 원자 6개) |
| • 계수비 | 1 : 3 : 2 |
| • 분자 수비 | 1 : 3 : 2 |
| • 부피비 | 1 : 3 : 2 |
| • 질량 보존 법칙 성립 | 반응 전후에 질소 원자와 수소 원자의 개수가 같으므로 반응 전후 물질의 총 질량이 같다. |
| • 일정 성분비 법칙 성립 | 암모니아를 이루는 질소 원자와 수소 원자의 개수비가 1 : 3으로 일정하므로 질소와 수소의 질량비도 일정하다. |
※ 화학 반응식을 통해 알 수 없는 것
• 원자의 크기, 모양, 질량
• 분자의 크기, 모양, 질량
• 반응물질과 생성물질의 질량
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