화학반응으로 생성된 화학물질의 양 (Quantity of chemical substance produced by a chemical reaction)

기본원리 (The principle)

화학반응으로 생성된 화학물질의 양을 계산하려면, 화학반응식에 대한 이해가 선행되어야 한다. 

To calculate the quantity of a chemical substance produced in a chemical reaction, a fundamental understanding of the chemical reaction equation is required.

 

칼슘 카바이드 생성에 관련된 화학식은 아래와 같다.

The chemical formula related to the formation of calcium carbide is as follows. 

 

CaO + 3C→CaC2 + CO

 

즉, 산화칼슘과 탄소가 반응하여 칼슘 카바이드가 생성되고 일산화탄소가 생기는 반응이다. 

The reaction involves the reaction of calcium oxide and carbon to produce calcium carbide, along with the formation of carbon monoxide.

 

위 화학식에 의하면, 산화칼슘 한 분자와 탄소 세 분자가 반응하여 한 분자의 칼슘 카바이드를 생성한다.

이 화학반응에 필요한 양보다 많은 산화칼슘을 추가하게 되면, 반응하지 않은 산화칼슘은 남아있게 된다.

아래의 문제는 이러한 점을 이용하여 생성된 칼슘 카바마이드의 양과 반응하지 않은 산화칼슘의 양을 계산하는 것이다. 

According to the above chemical equation, one molecule of calcium oxide and three molecules of carbon react to produce one molecule of calcium carbide.
If more calcium oxide is added than what is needed for this chemical reaction, the excess calcium oxide will remain unreacted.
The problem below involves utilizing this concept to calculate the quantity of calcium carbide produced and the amount of unreacted calcium oxide.

 

 

문제풀이 (Problem solving)

순수한 칼슘 카바이드(CaC2)는 전기로에서 아래의 화학반응을 통해 생성된다. 

Crude calcium carbide is made in an electric furnace by the following reaction :
CaO + 3C→CaC2 + CO

 

제품은 85%의 칼슘 카바이드와 15%의 반응하지 않은 산화칼슘(CaO)으로 이루어져 있다. 
The product contains 85 % of CaC 2 and 15 % of unreacted CaO.

(a) 순수한 칼슘 카바이드 1000 kg을 생산하기 위해서는 얼마나 많은 산화칼슘을 전기로에 첨가해야 하는가?

(b) 1000 kg의 제품을 만들기 위해서는 얼마나 많은 산화칼슘을 전기로에 첨가해야 하는가?

(a) How much CaO is to be added to the furnace charge for each 1000 kg of CaC2(pure) produced ?

(b) How much CaO is to be added to the furnace charge for each 1000 kg of crude product ?

 

먼저 (a)부터 풀어보자.

CaC2의 분자량이 64.099 g/mol이라는 점을 감안하여, 1000 kg의 CaC2의 몰 수를 계산하면 아래와 같다.

Let's start with (a).
Taking into account the molar mass of CaC2, which is 64.099 g/mol, calculating the number of moles in 1000 kg of CaC2 yields the following.

 

1000 kg = 1000,000 g

1000,000 g /  64.099 g/mol = 15,600 mol

 

15,600 mol의 CaC2를 만들기 위해 필요한 CaO는 15,600 mol이다.

한 분자의 CaC2를 만들기 위해서는 한 분자의 CaO가 필요하기 때문이다.

CaO의 분자량은 56.077 g/mol이고, 이를 kg으로 환산하면 다음과 같다.

To produce 15,600 moles of CaC2, 15,600 moles of CaO are needed.
This is because one molecule of CaO is required to produce one molecule of CaC2.
The molar mass of CaO is 56.077 g/mol, and when converted to kilograms, it is as follows.

15,600 mol X 56.077 g/mol = 874,802 g = 874.802 kg

 

 

다음으로 (b)문제를 풀어보자

1000 kg의 제품에는 85%의 CaC2가 포함되어 있으므로 총 850 kg의 CaC2가 제품에 포함되어 있다. 

그리고 반응에 참여하지 않은 CaO가 150 kg만큼 제품에 포함되어 있다.

Next, let's solve problem (b).
In the 1000 kg of product, there is 85% CaC2, so a total of 850 kg of CaC2 is present in the product.
Additionally, there is 150 kg of unreacted CaO present in the product.

 

850 kg의 CaC2를 만들기 위해 필요한 CaO의 양을 계산해보자.

850 kg의 CaC2는 850,000 g이고 이는 13,260 mol에 해당하는 양이다.

Let's calculate the amount of CaO required to produce 850 kg of CaC2.
850 kg of CaC2 is equal to 850,000 g, which corresponds to 13,260 moles.

850,000 g / 64.099 g/mol = 13,260 mol

 

13,260 mol의 CaC2를 만들기 위해 필요한 CaO의 양은 13,260 mol이다.

그리고 13,260 mol의 CaO는 743,581 g이다.

To produce 13,260 moles of CaC2, 13,260 moles of CaO are required.
And 13,260 moles of CaO is equal to 743,581 g.

13,260 mol X 56.077 g/mol = 743,581 g = 743.581 kg

 

이 문제를 풀 때 한 가지 잊지 말아야 할 것은, 제품에는 반응하지 않은 CaO도 포함되어 있다는 것이다. 

반응에 참여하지 않은 150 kg의 CaO를 더하면 반응로에 첨가해야 할 CaO의 총 양은 893.581 kg이다.

One crucial point to remember when solving this problem is that unreacted CaO is also present in the product.
Adding the 150 kg of unreacted CaO, the total amount of CaO to be added to the reaction is 893.581 kg.