[짧은 화학 - 화학1] 산화수법 - 산화환원반응의 계수

[짧은 화학 - 화학1] 산화수법 - 산화환원반응의 계수

이번 내용은 쉽습니다.

근데 생각보다 이 기본적인 내용을 모르는 경우가 많아서 내용을 간단히 적어봅니다.

산화수법은 산화환원반응의 계수를 맞추는 방법입니다.

일반적으로 절차는 다음과 같습니다.

1. 반쪽 반응에서 산화수의 변화를 파악한다.

2. 전하의 변화에 따른 전자 이동몰수가 같아지도록 전하균형을 맞춘다.

3. 원자가 같아지도록 질량 균형을 맞춘다.

핵심 : 전자의 이동몰수가 같다.

아래 반응의 산화수법에 따른 화학 반응식을 완성해보겠습니다.

Br^- + MnO₄^- → Br₂ + Mn²⁺

1. 반쪽 반응에서 산화수의 변화를 파악한다.

산화 : 2Br^- → Br₂ + 2e^-

환원 : Mn⁷⁺ + 5e^- → Mn²⁺

2. 산화수의 변화에 따른 전자 이동몰수가 같아지도록 전하균형을 맞춘다.

2와 5의 최소공배수는 10 이므로,

산화 : 10Br^- → 5Br₂ + 10e^-

환원 : 2Mn⁷⁺ + 10e^- → 2Mn²⁺

이를 합치면,

10Br^- + 2MnO₄^- → 5Br₂ + 2Mn²⁺

그런데 이렇게 되는 바람에 O의 균형이 안맞습니다.

3. 질량균형을 맞춘다.

따라서 O의 원자를 우변에 추가해주어야 하나,

추가적인 산화환원이 일어나지 않도록(애써 맞춰둔 전하 균형이 깨져버림), 

(1) O의 산화수(-2)를 유지하면서, 

(2)수용액에 존재하는 화학종을 넣어야 합니다.

그게 바로 H₂O (O의 산화수 -2이면서 수용액에 존재함) 입니다. 

<산화환원반응에서 H₂O가 맨날 나오는 이유>

10Br^- + 2MnO₄^-→ 5Br₂ + 2Mn²⁺ + 8H₂O

그런데 이러니까 H가 안맞습니다.

마찬가지로, 

H의 원자를 좌변에 추가해주어야 하나,

추가적인 산화환원이 일어나지 않도록(애써 맞춰둔 전하 균형이 깨져버림), 

(1) H의 산화수(+1)를 유지하면서, 

(2)수용액에 존재하는 화학종을 넣어야 합니다.

그게 바로 H⁺(H의 산화수 +1이면서 수용액에 존재함)입니다.

<산화환원반응에서 H⁺가 맨날 나오는 이유>

10Br^- + 2MnO₄^- + 16H⁺→ 5Br₂ + 2Mn²⁺ + 8H₂O

끝났습니다.

Br^- + MnO₄^- → Br₂ + Mn²⁺의 완성본은

10Br^- + 2MnO₄^- + 16H⁺→ 5Br₂ + 2Mn²⁺ + 8H₂O입니다.

<정리>

① 산화수 파악

② 전하균형

③ 질량균형 - O 맞추기(H₂O 이용)

④ 질량균형 - H 맞추기(H⁺ 이용)

여러분들은 모든 산화환원반응의 계수를 맞출 수 있습니다.

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<Q1> 선생님 제가 본 문제에서 H⁺가 아니라 H₃O⁺던데요?

<A1> 전하균형과 질량균형을 안 건드는 선에서 식을 변형하면 됩니다.

10Br^- + 2MnO₄^- + 16H⁺→ 5Br₂ + 2Mn²⁺ +8H₂O

양변에 H₂O를 붙여서 H⁺를 H₃O⁺로 바꿉니다. (당연히 개수는  H⁺와 동일함)

16개의 H₂O를 더해줌

10Br^- + 2MnO₄^- + 16H₃O⁺→ 5Br₂ + 2Mn²⁺ + 24H₂O

<Q2> 어떤 문제에는 OH^-던데요?

<A2> 두가지 방법을 알려드리겠습니다.

1. 양변을 중화시켜서 H⁺를 없앤다.

10Br^- + 2MnO₄^- + 16H⁺→ 5Br₂ + 2Mn²⁺ +8H₂O

양변에 OH^-를 16개씩 첨가

10Br^- + 2MnO₄^- + 16H₂O → 5Br₂ + 2Mn²⁺ +8H₂O + 16OH^-

이후 중복되는 물분자 8개씩을 빼주면

10Br^- + 2MnO₄^- + 8H₂O → 5Br₂ + 2Mn²⁺ + 16OH^-

완성입니다.

2. 공식화 - 수능을 보신다면 이게 편하겠죠

질량 균형단계에서

③ 질량균형 - O 맞추기(H₂O 이용) →  O를 역으로 맞추기(H₂O 이용)

④ 질량균형 - H 맞추기(H⁺ 이용) → H 맞추기(OH^- 이용)

봅시다.

10Br^- + 2MnO₄^- → 5Br₂ + 2Mn²⁺

여기서 8개 부족하므로 H₂O를 더하는데 역으로 더합니다.

10Br^- + 2MnO₄^- + 8H₂O → 5Br₂ + 2Mn²⁺

이후 H를 맟춥니다.

10Br^- + 2MnO₄^- + 8H₂O → 5Br₂ + 2Mn²⁺ + 16OH^-

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예제 문제입니다. (올해 10 교육청)

30초컷 문제입니다.

22수능 16번

다음 시간엔 심화유형을 한번 다뤄볼게요. (작수 14번 같은)