침전되는 AgCl의 질량 (The mass of precipitated AgCl)

기본원리 (The principle)

 

화학반응에는 침전을 일으키는 것들이 있으며, 이를 이용하여 침전물의 무게를 구하는 화학문제들이 출제되곤 한다. 이번 글에서는 이 문제와 이에 따른 응용문제를 푸는 방법을 알아보자. 
In chemical reactions, certain chemicals can form precipitates, and problems related to determining the weight of the precipitate are often given. In this blog post, let's explore how to solve these problems and the associated application problems.

 

이러한 종류의 문제를 풀기 위해서는 각 이온의 숫자에 대해서 계산을 해야 한다. 이해를 돕기 위해 질산은과 염화칼슘이 일으키는 화학반응을 그림으로 표현해보면 아래와 같다. 

To solve problems of this kind, calculations for the amount of each ion are necessary. To aid understanding, the chemical reaction by silver nitrate and calcium chloride can be represented graphically as follows:

 

질산은(AgNO3)과 염화칼슘(CaCl2) 화학반응 [The chemical reaction between silver nitrate (AgNO3) and calcium chloride (CaCl2)]

위의 그림에서 다음의 두 가지 사실을 알 수 있다.
첫째, 침전물의 양은 침전물 생성 반응에 참여하는 이온 중 적은 양을 지닌 이온의 양에 의해 결정된다.

둘째, 침전반응에 참여하지 않는 이온은 그대로 남아있다. 

In the above figure, two key facts can be found.
First, the quantity of precipitate is determined by the ion with the lower amount among the ions participating in the precipitation reaction.
Second, ions that do not participate in the precipitation reaction remain unchanged.

 

그림에서 볼 수 있듯이, Ag+이온은 1개이고 Cl-이온의 양은 이의 두 배인데 침전물인 AgCl은 1개밖에 생기지 않았다. 그리고 Ag+이온의 양이 부족하여 반응에 참여하지 못한 Cl-이온과 NO3-이온 그리고 Ca2+ 이온은 그대로 남아있다. 

As seen in the diagram, despite there being only one Ag+ ion and the Cl- ion being twice its quantity, only one AgCl precipitate is formed. Additionally, due to the insufficient amount of Ag+ ions, the unreacted Cl- ion, as well as the NO3- ion and Ca2+ ion, remain unchanged in the reaction.

 

이와 같은 침전반응의 특징을 염두에 두고 다음의 문제를 풀어보자.

Let's solve the following problem keeping in mind the properties of such precipitation reactions.

 

 

문제풀이 (Problem solving)

 

Q: 0.34 M의 질산은 용액 110.0mL와 0.29 M의 염화칼슘 용액 110 mL의 반응으로 얼마나 많은 염화은이 침전될 수 있을까요?

Q: What mass of silver chloride can be prepared by the reaction of 110.0mL of 0.34 M silver nitrate with 110 mL of 0.29 M calcium chloride?

 

각 용액에 있는 질산은과 염화칼슘의 양(mol)을 계산하면 다음과 같다.

The quantities (in moles) of silver nitrate and calcium chloride in each solution can be calculated as follows:

	mL	M	mol/L	mol/mL	mol
질산은 silver nitrate (AgNO3)	110	0.34	0.34	0.00034	0.0374
염화칼슘 calcium chloride (CaCl2)	110	0.29	0.29	0.00029	0.0319

그리고 각 이온의 양을 계산하면 다음과 같다. 

And the quantities of each ion can be calculated as follows:

	mol
Ag+	0.0374
NO3-	0.0374
Ca2+	0.0319
Cl-	0.0638

침전물인 AgCl의 양은 Ag+와 Cl- 이온 중 적은 양인 Ag+ 이온의 양에 의해 결정되어 0.0374mol 만큼 만들어진다. AgCl의 분자량은 143.32 g/mol이므로 침전되는 AgCl의 질량은 5.36 g이다(0.0374 mol X 143.32 g/mol).

The quantity of the precipitate, AgCl, is determined by the lesser amount of Ag+ ions and is formed in the amount of 0.0374 mol. The molecular weight(Mw) of AgCl is 143.32 g/mol, so the mass of precipitated AgCl is 5.36 g (0.0374 mol × 143.32 g/mol)

 

추가적으로, 용액 속에 남아있는 이온의 양과 농도를 알아보자.

침전반응에 참여하지 않고 남아있는 이온의 양과 농도는 다음과 같다. 질산은 용액 110.0mL와 염화칼슘 용액 110.0mL를 혼합하여 용액의 총 부피는 220.0mL라는 것을 잊지 말고 계산해야 한다.

Additionally, let's determine the quantity and concentration of ions remaining in the solution.
The quantity and concentration of ions that do not participate in the precipitation reaction and remain in the solution are as follows. Remember to account for the total volume of the solution, which is 220.0 mL, obtained by mixing 110.0 mL of the silver nitrate solution and 110.0 mL of the calcium chloride solution.

 

	mol	mL	L	M(mol/L)
Ag+	0	220	0.22	0
NO3-	0.0374	220	0.22	0.17
Ca2+	0.0319	220	0.22	0.145
Cl-	0.0264	220	0.22	0.12