중화 반응

산 수용액에 염기 수용액을 넣으면 산의 수소 이온(H⁺)과 염기의 수산화 이온(OH⁻)이 1 : 1로 만나 물이 돼요. 이 반응이 중화 반응이에요. 염기를 조금씩 넣으며 비커 속 이온이 어떻게 바뀌는지, 용액의 액성 · 온도 · 지시약 색이 어떻게 달라지는지 확인해 보세요.

2022 개정 교육과정통합과학2 변화와 다양성 · 산과 염기의 중화 반응, 온도와 지시약 색 변화화학 역동적인 화학 반응 · 중화 반응의 양적 관계화학 반응의 세계 산 염기 평형 · 중화 적정 실험의 pH 변화고급 화학 물질의 변화와 화학 평형 · 중화 적정 곡선과 연계

이하은T 과학 실험실

넣은 염기0 mL

산 (20 mL)

염기

농도를 모르는 염산넣는 염기: 0.5 M NaOH

지시약

넣은 염기의 부피와 이온 수

비커 속 이온 수예요 (입자 1개 = 1 mmol) · 세로 점선은 지금 넣은 부피

넣은 염기의 부피와 pH · 온도

처음 온도는 두 용액 모두 25 °C예요

pH (왼쪽 눈금)온도 (오른쪽 눈금)

지금 비커 속 이온 (구경꾼 이온은 반응하지 않고 그대로 남아요)

혼합 용액 (가) ~ (마) (전체 부피 50 mL · 섞기 전 온도 25 °C)

섞은 산의 부피와 최고 온도

중화 반응으로 생성된 물이 많을수록 온도가 많이 올라가요

최고 온도완전히 중화되는 비율

중화 적정 곡선

넣은 NaOH 수용액의 부피에 따른 pH예요 · 색 띠는 지시약의 색이 변하는 pH 범위

잰 pH이론 곡선

염산의 농도 구하기

1. 중화점까지 넣은 부피

지시약 색이 바뀌는 순간(페놀프탈레인은 붉은색이 사라지지 않는 순간)의 NaOH 부피예요

2. 염산의 몰 농도

산의 가수 × 몰 농도 × 부피 = 염기의 가수 × 몰 농도 × 부피

산과 염기

H⁺를 내는 산, OH⁻를 내는 염기

산은 물에 녹아 수소 이온(H⁺)을 내요 (HCl → H⁺ + Cl⁻)
염기는 물에 녹아 수산화 이온(OH⁻)을 내요 (NaOH → Na⁺ + OH⁻)
산 1몰이 내는 H⁺의 몰수가 산의 가수예요 (HCl 1가, H₂SO₄ 2가)

중화 반응

H⁺ + OH⁻ → H₂O

H⁺와 OH⁻는 항상 1 : 1의 개수비로 반응해요 (알짜 이온 반응식)
반응하지 않고 남는 이온(Cl⁻, Na⁺ 등)은 구경꾼 이온이에요
H⁺와 OH⁻가 모두 반응한 지점이 중화점이에요

양적 관계

가수 × 몰 농도 × 부피

산이 내는 H⁺의 양 = 가수 × 몰 농도(M) × 부피(L)
H⁺의 양 = OH⁻의 양 일 때 완전히 중화돼요
예: 1 M HCl 20 mL는 1 M NaOH 20 mL, 0.5 M NaOH 40 mL와 완전히 중화돼요

중화열

물이 생기면 열이 나요

중화 반응은 열을 내는 반응이에요
생성된 물의 양이 많을수록 온도가 많이 올라가요
전체 부피가 같으면 완전히 중화될 때 온도가 가장 높아요

지시약

액성에 따라 색이 바뀌어요

BTB: 산성 노란색 · 중성 초록색 · 염기성 파란색
페놀프탈레인: 산성 · 중성 무색, 염기성 붉은색
메틸 오렌지: 산성 붉은색, 약한 산성 · 중성 · 염기성 노란색

생각해 보기

① 탭에서 NaOH 수용액을 넣는 동안 H⁺, Cl⁻, Na⁺, OH⁻의 수는 각각 어떻게 변하나요? 그래프 모양을 말로 설명해 보세요.
중화점 전과 후에 비커 속 전체 이온 수가 어떻게 달라지나요? 그 까닭은 무엇일까요?
산을 황산(H₂SO₄)으로 바꾸면 같은 농도 · 같은 부피라도 중화에 필요한 NaOH의 양이 달라져요. 몇 배가 필요하고, 왜 그런가요?
② 탭에서 온도가 가장 높은 혼합 용액은 무엇인가요? 그 용액의 액성과 지시약 색은 어떤가요?
③ 탭에서 페놀프탈레인 대신 메틸 오렌지를 쓰면 색이 바뀌는 부피가 어떻게 달라질까요? 적정 곡선의 가파른 부분과 관련지어 생각해 보세요.