Transcript 원자질량

Chapter 3
화학에서 질량관계 : 화학량론
Mass Relations in Chemistry
:Stoichiometry
무엇을 배우나
화학반응에서의 질량관계를 알기 위해
 원자질량
 몰의 개념
 화학식
 화학식에서 원자(질량)비
 화학반응에서의 질량관계
–이론적 수율
3.1 원자질량
 원자질량이란
 동위원소 존재비로부터 원자질량의계산
 개별 원자의 질량
원자질량(atomic mass)
• 원자들의 상대질량
• C-12 척도에 근거
• 탄소의 가장 흔한 동위원소(C-12)를 12amu로 표시
예) 원자질량의 의미 : 니켈원자는
58.69 / 40.08 = 1.464 칼슘보다 1.464배 무겁다
58.69 / 10.81 = 5.429 붕소보다 5.429배 무겁다
element
atomic mass
B
10.81 amu
Ca
40.08 amu
Ni
58.69 amu
질량분석기
염소의 질량스펙트럼(동위원소)
동위원소 존재비로부터 원자질량의 계산
Atomic mass = ∑ (isotope mass X fractional abundance)
Isotope
Ne-20
Ne-21
Ne-22
Atomic Mass
20.00 amu
21.00 amu
22.00 amu
Percent
90.92
0.26
8.82
A.M. of Ne = 20.00 (0.9092) +21.00 (0.0026) +22.00 (0.0882)
= 20.18 amu
아보가드로수
H, Cl, Ni 의 원자질량은
H = 1.008 amu
Cl = 35.45 amu
Ni = 58.69 amu
수소 1.008 g 중의 수소 원자수
= 염소 35.45 g 중의 염소 원자수
= 니켈 58.69g 중의 니켈 원자수
=NA
NA = Avogadro’s number = 6.022  1023
:
원자 한 개의 질량
H 원자의 질량:
1 H atom 
1.008 g H
=
23
6.022  10 atoms
1.674  10–24 g
1g 니켈 중의 니켈원자의 개수:
1.00 g Ni 
6.022  1023 atoms Ni
58.69 g Ni
= 1.026  1022 atoms
3.2 몰(Mole)
 의미
 몰질량
 몰-질량 변환
1몰의 의미
1 mol = 6.022  1023 개
1 mol H = 6.022  1023 atoms ;
1 mol Cl = 6.022  1023 atoms ;
1 mol Cl2 = 6.022  1023 molecules ;
1 mol HCl = 6.022  1023 molecules ;
mass = 1.008 g
mass = 35.45 g
mass = 70.90 g
mass = 36.46 g
Q) 모래 1몰은 얼마나 될까? 1cm3=18,000 알갱이 라면
몰질량
몰질량(molar mass), M, 은 원자질량의 합과 같다
sum of atomic masses
CaCl2
(40.08+35.45X2)amu
=110.98 amu
molar mass
(M)
110.98 g/mol
C6H12O6 (12.01X 6+1.008X12+16.00X6)amu 180.18 g/mol
= 180.18 amu
몰- g 환산 (m = M X n): 13.2 mol CaCl2 을 g단위로 계산
110.98 g CaCl2
mass = 13.2 mol CaCl2 
= 1.47  103 g
1 mol CaCl2
예제)
16.4 g C6H12O6은 몇 몰 인가?
moles = 16.4 g C6H12O6  1 mol C6H12O6
= 0.0919 mol
180.18 g C6H12O6
3.3 화학식(Formulas)에서 질량관계
 화학식으로부터 질량 %
 %조성으로부터 실험식
 분석 데이터로부터 실험식
 실험식으로부터 분자식
화학식으로부터 질량 %(조성백분율)
예제)K2CrO4의 %조성?
몰질량
= (78.20 + 52.00 + 64.00) g / mol
= 194.20 g / mol
%K =
78.20
194.20
%Cr =
52.00
194.20
100% = 26.78%
%O =
64.00
194.20
100% = 32.96%
 100% = 40.27%
K : Cr : O = 2 : 1 : 4 → 원자비 =몰 비
조성백분율로부터 실험식
화합물 시료 중 각 원소의 질량 각 원소의 몰수몰비
예제) 26.6% K, 35.4% Cr, 38.0% O 을 포함한 화합물의 실험식
시료 100 g 으로 시작: 26.6 g K, 35.4 g Cr, 38.0 g O.
moles K = 26.6 g  1 mol = 0.680 mol K
39.10 g
moles Cr = 35.4 g 
1 mol =
52.00 g
0.681 mol Cr
moles O = 38.0 g  1 mol = 2.38 mol O
16.00 g
2.38 / 0.680 = 3.50 = 7 / 2 이므로
실험식: K2Cr2O7
화학분석데이터로부터 실험식
예제) 아세트산 시료 (C, H, O atoms) 1.000 g 을 태웠더니 1.446
g CO2 와 0.6001 g H2O 을 얻었다. 실험식?
시료 중 C의 질량 (from CO2)시료 중 H의 질량 (from H2O)차로부터 O 의 질량
mass C = 1.466 g CO2 
12.01 g C = 0.4001 g C
44.01 g CO2
mass H = 0.6001 g H2O 
2.02 g H = 0.0673 g H
18.02 g H2O
mass O = 1.00 g – 0.400 g – 0.067 g = 0.533 g
계속
moles C = 0.4001 g C  1 mol C = 0.0333 mol C
12.01 g C
moles H = 0.0673 g H 
1 mol H
= 0.0666 mol H
1.008 g H
1 mol O
moles O = 0.533 g O  16.00 g O= 0.0333 mol O
실험식은 CH2O
실험식으로부터 분자식
몰질량을 알아야 함
예) 아세트산:
M = 60 g/mol
60 / 30 = 2 (실험식: CH2O 12+2+16)
분자식 = C2H4O2
3.4 화학반응에서 질량관계
 Balancing → 반응식의 완결
 반응에서 질량관계
화학반응식의 완결(Balancing)
화학반응식 양쪽의 화학식의 계수를 조정하여 원자의 수를
같게 한다.
예) 공기 중에서 프로페인을 연소하면 이산화탄소와 물이 생성:
C3H8(g) + O2(g)  CO2(g) + H2O(l)
Balance C:
Balance H:
Balance O:
C3H8(g) + O2(g)  3CO2(g) + H2O(l)
C3H8(g) + O2(g)  3CO2(g) + 4H2O(l)
C3H8(g) + 5O2(g)  3CO2(g) + 4H2O(l)
의미:
1 mol C3H8 는5 mol O2 와 반응하여 3 mol CO2 와 4 mol H2O를 생성
화학반응에서 질량관계
예1) 1.65 mol C3H8 이 탈 때 몇 몰의 CO2 가 생성?
완결된 반응식의 계수로부터 변환인자를 얻음:
C3H8(g) + 5O2(g)  3CO2(g) + 4H2O(l)
1.65 mol C3H8 
3 mol CO2
1 mol C3H 8 = 4.95 mol CO2
예2) 12.0 g 의 C3H8이 반응하는데 필요한 O2 의 질량?
12.0 g C3H8  1 mol C3H8  32.00 g O2  5 mol O2
44.09 g C3H8
= 43.6 g O2
1 mol O2
1 mol C3H 8
반응에서의 수율
 한정시약과 이론적 수율
 실험적수율, 백분비(%수율)
한정시약과 이론적 수율
•
일반적으로 반응물들은 반응에 필요한 정확한 비율로 존재하지 않음
•
과량으로 존재하는 반응물은 반응이 끝나면 남음.
•
나머지, 한정시약( limiting reactant), 는 완전히 소비되어 이론적 수율의
생성물을 만듬
한정시약을 알고, 이론적 수율을 계산하려면:
①
②
③
④
첫번째 반응물이 한정시약이라고 가정하고 기대수율 계산
두번째 반응물에 대해서 이 계산을 반복
두 개중에서 적은 양이 이론적 수율 임
적은 이론적 수율이 나온 반응물이 한정시약임.
예제)
AgI 의 이론적 수율을 계산 하고, 1.00 g Ag 와 1.00 g I2 가 반응할 때 한정시약은?
2Ag(s) + I2(s)  gI(s)
Ag 가 한정일 때 이론적 수율:
1.00 g Ag  469.54 g AgI
215.74 g Ag
= 2.18 g AgI
I2 가 한정일 때 이론적 수율:
1.00 g I2  469.54 g AgI
253.80 g I2
이론적 수율 = 1.85 g AgI ; I2 한정시약
= 1.85 g AgI
실험적 수율, 백분비수율
actual yield
백분비 수율 = theoretical yield  100
AgI 의 실험적 수율을 1.50 g이라고 가정하면:
% yield = 1.50  100 = 81.1%
1.85