Ⅳ-2. 화학 반응과 열의 출입

15. 산화 환원 반응

정답과 해설

[정답] ④

X, Y는 2주기 원소이고, [eqn: rmXH _{4}]와 [eqn: rmYH _{3}]에서 중심 원자는 옥텟 규칙을 만족하므로 X는 탄소(C)이고, Y는 질소(N)이다. 전기 음성도는 H<C<N<F 순이며, F는 전기 음성도가 가장 크므로 화합물에서 F의 산화수는 -1이다.

해설

ㄴ. [eqn: rm XF _{4}]에서 전기 음성도가 큰 F의 산화수가 -1이므로 X의 산화수는 +4이다.

ㄷ. 주어진 반응에서 Y의 산화수는 +4에서 +2로 2만큼 감소한다.

[eqn: rm `2YO _{2} `` -> ``2YO``+``O _{2}]

+4 -2      +2-2

ㄱ. Y(N)는 H보다 전기 음성도가 크므로 [eqn: rmYH _{3}]에서 Y의 산화수 [eqn: a]는 -3이다. [eqn: rm YF _{3}]에서는 전기 음성도가 큰 F의 산화수가 -1이므로 Y의 산화수 [eqn: b]는 +3이다. 따라서 [eqn: a]와 [eqn: b]는 같지 않다.

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[정답] ④

전기 음성도는 O>N>H이므로 주어진 질소 화합물에서 O의 산화수는 -2, H의 산화수는 +1이다. 이로부터 N의 산화수는 [eqn: rmNH _{3}]에서 -3, [eqn: rmNO _{2}]에서 +4, [eqn: rm N _{2} O}]에서 +1, [eqn: rmHNO_3]에서 +5이다. 따라서 질소(N)의 산화수가 가장 큰 값은 +5이다.

해설

[정답] ②

공유 결합을 이루고 있는 두 원자 중 전기 음성도가 큰 원자가 공유 전자를 모두 가져간다고 가정하여 산화수를 계산한다. 일반적으로 공유 결합 화합물에서 H의 산화수는 +1, O의 산화수는 –2이며, 화합물을 구성하는 원자의 산화수의 합은 0이다.

해설

② 각 물질에서 산화수를 계산하면 표와 같다.([eqn: x] : 양의 산화수, [eqn: y] : 음의 산화수)

따라서 Y>X인 것은 [eqn: rmN_{ 2} H_{4 }]이다.

[정답] ④

공유 결합을 이루고 있는 두 원자 중 전기 음성도가 큰 원자가 공유 전자를 모두 가져간다고 가정하여 산화수를 계산한다.

해설

④ 전기 음성도는 W < X이고 W와 X는 단일 결합을 이루고 있으므로 W의 산화수는 +1이다. 전기 음성도는 X < Z이고 X와 Z는 2중 결합을 이루고 있으므로 Z의 산화수는 –2이다. 전기 음성도는 X < Y이고 X와 Y는 단일 결합을 이루고 있으므로 Y의 산화수는 –1이다. 화합물에서 각 원자의 산화수의 합은 0이므로 (X의 산화수) + (W의 산화수 + Y의 산화수 + Z의 산화수) = (X의 산화수) + (1 + (-1) + (-2)) = 0이다.

따라서 X의 산화수는 +2이다.

[정답] ⑤

공유 결합을 이루고 있는 두 원자 중 전기 음성도가 큰 원자가 공유 전자를 모두 가져간다고 가정하여 산화수를 계산한다.

해설

⑤ 전기 음성도는 H < C < O이므로 CH3OH에서 C는 H로부터 전자 3개를 가져오고, O에게 전자 1개를 주므로 -2의 산화수를 갖는다. HCOOH에서 C는 H로부터 전자 1개를 가져오고 O에게 전자 3개를 주므로 +2의 산화수를 갖는다. 따라서 제시된 반응에서 C의 산화수는 -2에서 +2로 4 증가한다.

[정답] ①

공유 결합 물질에서 산화수는 전기 음성도가 큰 원자가 공유 전자쌍을 모두 가진다고 가정할 때 각 구성 원자가 가지는 전하수이다.

해설

X의 전기 음성도가 H, Y보다 작다면, (가)와 (나)에서 X의 산화수는 모두 +4이고, X의 전기 음성도가 H, Y보다 크다면 (가)와 (나)에서 X의 산화수는 모두 –4이므로 두 조건 모두 제시된 조건에 맞지 않다. 따라서 X의 전기 음성도는 H보다 크고 Y보다 작다. 또한 (나)와 (다)에서 Y의 산화수가 같으므로 Y의 전기 음성도는 X, Z보다 크다. 따라서 X는 2주기 14족 원소, Y는 2주기 16족 원소, Z는 3주기 17족 원소이다.

ㄱ. (나)에서 X는 H로부터 전자 2개를 얻고 Y에게 전자 2개를 잃으므로 X의 산화수는 0이다.

ㄴ. (다)에서 Y의 산화수는 –2이고 Z의 산화수는 +1이므로 전기 음성도는 Y가 Z보다 크다.

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ㄷ. 화합물에서 원자의 산화수의 합은 0이고 전기 음성도가 Y > H이므로 H의 산화수는 +1이다. 따라서 2×(+1)+2×(Y의 산화수)=0이므로 Y의 산화수는 –1이다.

[정답] ⑤

공유 결합 물질에서 전기 음성도가 큰 원자가 공유 전자쌍을 완전히 차지한다고 가정하고 산화수를 구하므로, 전기 음성도가 큰 원자가 (-)의 산화수를, 전기 음성도가 작은 원자가 (+)의 산화수를 갖는다.

해설

[eqn: rm XY_2]에서 Y의 산화는 -2이므로 전기 음성도는 Y가 X보다 크다. [eqn: rm Y_2 Z_2]에서 Y의 산화수는 +1이므로 전기 음성도는 Z가 Y보다 크다. 따라서 전기 음성도는 Z>Y>X이다.

[정답] ②

공유 결합 물질에서 산화수는 전기 음성도가 큰 원자가 공유 전자쌍을 모두 가져간다고 가정하여 구한다.

해설

전기 음성도는 X<Y<Z이므로 Y=X-Z에서 X는 전자 2개를 Y에게, 전자 1개를 Z에게 주므로 산화수는 +3이다.

에서 X는 2개의 전자를 각각 Z에게 1개씩 주므로 산화수는 +2이다. Z-Y-Z에서 Y는 2개의 전자를 각각 Z에게 1개씩 주므로 산화수는 +2이다. 따라서 ㉠=+3, ㉡=+2, ㉢=+2이므로 ㉠+㉡+㉢=+7이다.

[정답] ②

화합물에서 구성 원자의 산화수 합은 0이다. [eqn: rmX _{2} Y _{4}]에서 X의 산화수가 –2이므로 Y의 산화수는 +1이고, [eqn: rmXZ _{3}]에서 X의 산화수가 +3이므로 Z의 산화수는 –1이다.

해설

ㄴ. (나)에서 X의 산화수는 0에서 +3으로 증가하므로, [eqn: rmX _{2}]는 산화된다.

ㄱ. [eqn: rmX _{2} Y _{4}]에서 Y의 산화수는 +1이다.

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ㄷ. [eqn: rmX _{2} Y _{4}]에서 X는 음의 산화수를, Y는 양의 산화수를 가지므로 전기 음성도는 X>Y이고, [eqn: rmXZ _{3}]에서 X는 양의 산화수를, Z는 음의 산화수를 가지므로 전기 음성도는 Z>X이다. 따라서 분자 YZ에서 공유 전자쌍은 전기 음성도가 큰 Z 쪽으로 치우치므로 Y는 양의 산화수를, Z는 음의 산화수를 가진다.

[정답] ③

ㄱ. [eqn: rmH _{2} O _{2}]에서 H의 산화수는 +1, O의 산화수는 –1이다.

해설

ㄴ. [eqn: rmO _{2} F _{2}]에서 O는 F보다 전기 음성도가 작으므로 O의 산화수는 +1, F의 산화수는 –1이다.

ㄷ. [eqn: rmCaO]에서 Ca의 산화수는 +2, O의 산화수는 –2이다.

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[정답] ④

(가)에서 X의 산화수가 -1이므로 X-Y 결합에서는 X가 전자쌍을 가져가고, X-Z 결합에서는 Z가 전자쌍을 가져간다. X-Y 결합에서 Y가 전자쌍을 가져가고, X-Z 결합에서 X가 전자쌍을 가져간다면 X의 산화수가 +1이 되므로 옳지 않다. 따라서 전기 음성도는 Z > X > Y이다. 전기 음성도를 이용하면 (나)에서 X-Z 결합에서는 Z가 전자쌍을 가져가고, X-Y 결합에서는 X가 전자쌍을 가져가므로 X의 산화수는 +1이다.

해설

[정답] ③

ㄷ. 반응식으로 보아 은 이온([eqn: rm Ag ^{ +}]) 2개가 감소하면 철 이온([eqn: rmFe ^{ 2+}]) 1개가 증가하므로, 반응이 일어나면 수용액 속에 들어 있는 총 이온의 수는 감소한다.

해설

ㄱ. 철([eqn: rm Fe])과 은 이온([eqn: rm Ag ^{ +}])의 반응으로 질산 이온([eqn: rm NO _{3} ^{-}])은 반응에 관여하지 않은 구경꾼 이온이다. [eqn: rm Ag ^{ +}]을 환원시킨 물질은 [eqn: rm Fe]이다.

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ㄴ. 원자량은 [eqn: rm Ag]이 [eqn: rm Fe]보다 크고 1개의 [eqn: rm Fe]이 산화될 때 2개의  [eqn: rm Ag ^{ +}]이 환원된다. 따라서 증가하는 은의 질량이 감소하는 철의 질량보다 크므로, 못의 질량은 반응 후가 반응 전보다 크다.

[정답] ①

X 이온이 들어 있는 수용액에 Y를 넣었을 때 X 이온 6개가 모두 없어지고 Y 이온 3개가 생성되었으므로, 반응식은 다음과 같다.

해설

[eqn: rm 2X ^{+} ``+`Y``` -> ```2X`+`Y ^{2+}]

또한 Y 이온 3개가 들어 있는 수용액에 Z를 넣었을 때 Y 이온 3개가 모두 없어지고 Z 이온 2개가 생성되었으므로, 반응식은 다음과 같다.

[eqn: rm 3Y ^{2+} ``+`2Z``` -> ```3Y`+`2Z ^{3+}]

ㄱ. Y가 [eqn: rmY ^{ 2+}]으로 산화되므로 ●([eqn: rmX ^{ +}])은 산화제로 작용하였다.

ㄴ. ▲은 [eqn: rmY ^{ 2+}], ■은 [eqn: rmZ ^{ 3+}]이다. 각 이온의 산화수는 전하수와 같으므로 산화수의 비는 ▲ : ■ = 2 : 3이다.

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ㄷ. 금속의 반응성은 X[eqn: <]Z이므로 X를 ■([eqn: rmZ ^{ 3+}])이 들어 있는 수용액에 넣으면 반응이 일어나지 않는다.

[정답] ②

과정 Ⅰ에서 [eqn: rmAg]이 [eqn: rm Ag _{2} S]이 될 때 [eqn: rmAg]의 산화수는 0에서 +1로 증가하므로 과정 Ⅰ은 산화 환원 반응이다.

해설

과정 Ⅱ에서 [eqn: rmCa ^{2+}]과 [eqn: rm HCO _{3}^-]이 반응하여 [eqn: rm CaCO _{3}], [eqn: rmCO_2], [eqn: rm H _{2} O]을 생성할 때 산화수가 변하는 원자를 포함한 물질이 없다. 따라서 과정 Ⅱ는 산화 환원 반응이 아니다.

과정 Ⅲ에서 [eqn: rm CaCO _{3}]과 [eqn: rmHCl]이 반응하여 [eqn: rmCaCl_2], [eqn: rmCO_2], [eqn: rm H _{2} O]을 생성할 때 산화수가 변하는 원자를 포함한 물질이 없다. 따라서 과정 Ⅲ은 산화 환원 반응이 아니다.

과정 Ⅳ에서 [eqn: rmAl]에 의해 [eqn: rm Ag _{2} S]이 [eqn: rmAg]으로 될 때 [eqn: rmAg]의 산화수는 +1에서 0으로 감소하므로 과정 Ⅳ는 산화 환원 반응이다.

[정답] ⑤

A가 모두 산화된 후 B가 산화되므로 (나)에서는 B만 산화되었다. B 이온의 산화수가 +3이므로 B와 [eqn: rmC ^{+}]의 반응에서 양적 관계는 다음과 같다.

해설

[eqn: rm B`+``3C ^{+}] [eqn: REL -> {```````````````} {}] [eqn: rm ``B ^{3+} +3C]

(나)에서 [eqn: rm B ^{3+}] 5개가 생성되었으므로 [eqn: rm C ^{+} ( it aq)] [eqn: V]mL에 들어 있는 [eqn: rm C ^{+}]의 개수는 15개임을 알 수 있다.

(가)에서는 A, B가 [eqn: rm C ^{+}]와 모두 반응하였고, (가)에서 생성된 [eqn: rm A ^{2+}], [eqn: rm B ^{3+}]의 수를 각각 a, b라고 하면 양적 관계는 다음과 같다.

[eqn: rm A`+``2C ^{+}] [eqn: REL -> {```````````````} {}] [eqn: rm A ^{2+} +2C]

반응(개)      -a   -2a          +a

[eqn: rm B`+``3C ^{+}][eqn: REL -> {```````````````} {}] [eqn: rm ``B ^{3+} +3C]

반응(개)      -b   -3b          +b

(가)에서 반응한  [eqn: rm C ^{+}]의 개수는 2a+3b=15이고, 용액 속 양이온 수는 a+b=6이다. 이 두 식을 풀면 a=3, b=3이다.

(다)에서 넣어 준 [eqn: rm C ^{+}]가 반응하지 않았다면 양이온 수가 15개 증가해야하는데 증가한 양이온 수가 13개이므로 넣어준 [eqn: rm C ^{+}] 중 일부만 반응하였다. (다)에서 반응한 [eqn: rm C ^{+}]의 개수를 3c라고 하면 생성된 [eqn: rm B ^{3+}]의 개수는 c이고, 반응 후 남은 [eqn: rm C ^{+}]의 개수는 15-3c이다. 즉, 이온의 수는 (15-3c)+c=13이므로 c=1이다. 따라서 (가)~(다)에서 생성된 [eqn: rm B ^{3+}]의 수는 3+5+1=9이고, (다)에서 반응하지 않은 [eqn: rm C ^{+}]가 있는 것으로 보아 처음 넣어준 금속 A, B는 모두 반응하였고, 반응 전 금속의 몰수는 생성된 금속 이온의 몰수와 같다. 따라서 반응 전 금속의 몰수비는 A : B = 3 : 9 = 1 : 3이므로 [eqn: {rm B의`몰수 it} over {rm A의`몰수 it} =3]이다.

[정답] ②

실험 Ⅰ과 실험 Ⅱ에서 [eqn: rm A]가 모두 산화된 후 [eqn: rm B]가 산화되고, 반응 후 [eqn: rmA ^{ m+}], [eqn: rm B ^{+}]이 모두 용액 속에 존재하므로 두 실험에서 A는 모두 산화된 상태이다. 따라서 실험 Ⅰ과 실험 Ⅱ에서 용액 속 양이온 수의 차이는 [eqn: rmB ^{ +}]의 수와 같다. 따라서 실험 Ⅱ는 실험Ⅰ보다 [eqn: rmC ^{ 2+}(itaq)] 0.5 L를 더 넣었고 [eqn: rmB ^{ +}]가 6N개 증가했으므로 [eqn: rmC ^{ 2+}(itaq)] 0.5 L 속에는 [eqn: rmC ^{ 2+}]가 3N개가 들어 있다.

해설

[eqn: rm C+2B ^{+}][eqn: REL -> {```````````````} {}] [eqn: rm `C ^{2+} +2B]

실험 Ⅰ에서 [eqn: rmC ^{ 2+}(itaq)] 1 L에는 [eqn: rmC ^{ 2+}] 6N개가 들어 있고, 반응 후 용액 속 금속 양이온의 수가 6N개이므로 [eqn: rmA ^{m+}]에서 [eqn: rm m]이 1이라면 반응 후 용액 속의 금속 양이온 수는 6N보다 커야한다. 또한 [eqn: rmA ^{m+}]에서 [eqn: rm m]이 2라도 반응 후 용액 속의 금속 양이온 수는 6N보다 커야한다. 따라서 [eqn: rmA ^{m+}]에서 [eqn: rm m]은 3이다.

실험 Ⅰ에서 일어나는 반응의 양적 관계를 나타내면 다음과 같다.

	[eqn: rm 2A+3C ^{2+}][eqn: REL -> {```````````````} {}] [eqn: rm `2A ^{3+} +3C]
반응 전 이온 수	6N 0
반응	-3[eqn: a] +2[eqn: a]
반응 후 이온 수	6N -3[eqn: a] 2[eqn: a]

	[eqn: rm 2B+C ^{2+}][eqn: REL -> {```````````````} {}] [eqn: rm `2B ^{+} +C]
반응 전 이온 수	6N -3[eqn: a] 0
반응	-(6N -3[eqn: a]) +2(6N -3[eqn: a])
반응 후 이온 수	0 12N-6[eqn: a]

실험 Ⅰ에서 [eqn: rm A ^{ 3+}] 수와 [eqn: rm B ^{+}] 수의 합이 6N이므로 [eqn: 2a+][eqn: 12N][eqn: -6a=][eqn: 6N]이고, [eqn: a= {3} over {2} N]이다. 따라서 실험 Ⅰ에서 반응 후 용액 속에는 [eqn: rm A ^{ 3+}]과 [eqn: rm B ^{+}]이 각각 [eqn: 3N]개씩 들어 있다.

실험 Ⅲ에서 일어나는 반응의 양적 관계를 나타내면 다음과 같다.

	[eqn: rm 2B+C ^{2+}][eqn: REL -> {```````````````} {}] [eqn: rm `2B ^{+} +C]
반응 전 이온 수	6N 0
반응	-[eqn: b] +2[eqn: b]
반응 후 이온 수	6N-[eqn: b] 2[eqn: b]

실험 Ⅲ의 반응 후 용액 속에는 [eqn: rm B ^{+}]이 [eqn: 9N+2b]개, [eqn: rmC ^{ 2+}]이 [eqn: 6N-b]개 들어 있고 [eqn: rm B ^{+}]의 수가 [eqn: rmC ^{ 2+}] 수의 5배이므로 [eqn: 9N][eqn: +2b][eqn: =5][eqn: (6N-b)]의 식이 성립한다. 따라서 [eqn: b=3N]이므로, [eqn: rm B ^{+}] 수는 [eqn: 15N]개, [eqn: rmC ^{ 2+}] 수는 [eqn: 3N]개다. 이때 [eqn: rm A ^{ 3+}]이 [eqn: 3N]개 있으므로 실험 Ⅲ의 반응 후 용액 속의 금속 양이온 수는 [eqn: xN][eqn: =21N], [eqn: x=21]이며, [eqn: {x} over {rm `m it} =7]이다.

[정답] ①

금속 [eqn: rm A ^{2+}]과 금속 B, C의 화학 반응식은 각각 다음과 같다.

해설

[eqn: rm A ^{2+} `+`2B` -> `A`+`2B ^{+}], [eqn: rm 3A ^{2+} `+`2C` -> `3A`+`2B ^{3+}]

① Ⅰ에서 [eqn: rm A ^{2+}]과 금속 B의 반응이 일어나면 수용액 속 총 이온 수는 증가하고, Ⅱ에서 [eqn: rm A ^{2+}]과 금속 C의 반응이 일어나면 수용액 속 총 이온 수는 감소한다. 또한 일정량의 [eqn: rm A ^{2+}]에 금속 B와 C를 각각 넣어 반응시켰으므로 Ⅰ과 Ⅱ에서 생성되는 금속 A의 몰수는 모두 같다. 화학 반응식으로부터 일정량의 [eqn: rm A ^{2+}]과 반응하는 B와 C의 몰수 비를 구하면 B : C = 3 : 1이다. 따라서 Ⅰ과 Ⅱ에서 반응이 일어날 때 넣어 준 금속의 몰수에 따른 총 이온 수는 ①과 같다.

[정답] ①

금속과 금속 양이온의 반응에서 반응하는 입자 수비는 양이온의 산화수 비에 반비례한다.

해설

ㄱ. 수용액에 들어 있는 [eqn: rm A^{ +}] 수를 [eqn: x]몰이라고 한다면 [eqn: rm B ^{2+}] 수는 [eqn: 6-x]몰이다. (가)에서 이 수용액에 금속 C를 넣었을 때 [eqn: rm A^{ +}]과 금속 C가 모두 반응하였고, (나)에서 추가한 C 1몰도 모두 반응하였으므로 (가)에서 [eqn: rm A^{ +}] 모두와 [eqn: rm B ^{2+}]의 일부가 금속 C와 반응했음을 알 수 있다. (가)에서 일어나는 2가지 반응의 양적 관계는 다음과 같다.

(가) 과정 후 생성된 [eqn: rm C ^{itn+}]의 몰수는 3몰이고, 양이온 수 비는 [eqn: rm B ^{2+} :C ^{it n+} =1:2]이므로 [eqn: rm B ^{2+}]의 몰수는 [eqn: 6- {3} over {2} n- {x} over {2} =1.5몰]이며, 이 식을 정리하면 [eqn: 3n+x=9]이다.

[eqn: rm A^{ +}]의 몰수인 [eqn: x]는 6보다 작아야하므로 [eqn: 3n+x=9]에서 [eqn: n=1]일 때, [eqn: x=6]이므로 모순이다. 또한 [eqn: n=3]일 때, [eqn: x]는 0이 되므로 모순이다. 따라서 [eqn: n=2]이다.

ㄴ. [eqn: x=3]이므로 반응 전 [eqn: rm A^{ +}]의 몰수는 3몰이다.

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ㄷ. (나) 과정에서 [eqn: rm B ^{2+}] 1.5몰과 추가로 넣은 C 1몰이 반응하므로 반응 후 [eqn: rm B ^{2+}] 0.5몰과 [eqn: rm C ^{2+}] 4몰이 남는다. 따라서 (나) 과정 후 양이온 수비는 [eqn: rm B ^{2+} :C ^{it 2+ rm} =1:8]이다.

[정답] ⑤

(나)와 (다)에서 각각 생성된 [eqn: rm C ^{itn+}]의 몰수를 [eqn: a]라고 할 때, (나)에서 혼합 용액에 들어 있는 [eqn: rm C ^{itn+}]의 몰수가 [eqn: a]이고

해설

[eqn: rm B^{ 3+} : C ^{it n+}=2:1]이므로 (나)에 들어 있는 [eqn: rm B ^{3+}] 수는 [eqn: 2a]이다. (다)에서 혼합 용액에 들어 있는 [eqn: rm C ^{itn+}]의 몰수가 [eqn: 2a]이고 [eqn: rm B ^{3+} :C ^{it n+ rm} =2:3]이므로 남아 있는 [eqn: rm B ^{3+}] 수는 [eqn: {4} over {3} a]이다. 따라서 (다)에서 반응한 [eqn: rm B ^{3+}] 수는 [eqn: {2} over {3} a]이고, (가)에서 [eqn: rm A ^{2+}]과 [eqn: rm B ^{3+}]이 총 9몰이 있고, [eqn: rm B ^{3+}]의 몰수가 [eqn: 2a]이므로 [eqn: rm A ^{2+}]의 몰수는 [eqn: 9-2a]이다.

ㄴ. (다)에서 [eqn: rm B ^{3+}] [eqn: {2} over {3} a]와 반응한 [eqn: rm C ^{itn+}]의 몰수가 [eqn: a]이므로 [eqn: rm C ^{itn+}]의 전하는 +2이다. 따라서 [eqn: n=2]이다.

ㄷ. [eqn: rm C ^{itn+}]의 전하가 +2이므로 [eqn: rm A ^{2+}]과 반응한 [eqn: rm C ^{itn+}]의 몰수는 [eqn: a]로 같다. (가)에 들어 있는 [eqn: rm A ^{2+}]의 몰수는 [eqn: a]이므로 [eqn: 9-2a=a], [eqn: a=3]이다. 따라서 (다) 과정 후 [eqn: rm B ^{3+}]의 몰수는 [eqn: {4} over {3} a=4]이다.

ㄱ. (가)에 들어 있는 [eqn: rm A ^{2+}]의 몰수는 3몰, [eqn: rm B ^{3+}]의 몰수는 6몰이고 양이온 수비 [eqn: x:y=1:2]이다. 따라서 [eqn: {x} over {y} = {1} over {2}]이다.

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[정답] ①

금속과 금속 이온의 반응에서 수용액에 존재하는 금속 이온의 산화수와 금속 이온의 수를 곱한 값은 항상 일정하므로 금속 이온의 반응 몰수비는 금속 이온의 산화수 비의 역수에 비례한다.

해설

(나)와 (다)에서 각 수용액에 존재하는 [eqn: rm A ^{ita+}]과 [eqn: rm B ^{it b+ rm}]이 모두 반응하였으므로, (다) 과정 후 각 수용액에 존재하는 C 이온의 몰수와 반응하지 않고 남은 금속 C의 몰수의 합은 반응 전 (가)에서 준비한 금속 C의 몰수와 같다. 따라서 (가)에서 준비한 금속 C([eqn: s])의 몰수를 [eqn: 5n]이라고 하면 (다) 과정 후 물질의 몰수비는 6 : 3 : 1이므로 (다) 과정 후 반응하지 않고 남은 C의 몰수는 [eqn: 3n], 비커Ⅰ의 수용액에 존재하는 C 이온의 몰수는 [eqn: 1.5n], 비커Ⅱ의 수용액에 존재하는 C 이온의 몰수는 [eqn: 0.5n]이다.

(가)에서 물질의 몰수비가 5 : 1 : [eqn: x]이므로 금속 C([eqn: s])의 몰수는 [eqn: 5n], 비커 Ⅰ의 [eqn: rm A ^{ita+}] 몰수는 [eqn: n], 비커 Ⅱ의 [eqn: rm B ^{it b+ rm}] 몰수는 [eqn: xn]이다.

(나)에서 비커 Ⅰ의 수용액에 존재하는 [eqn: rm A ^{ita+}] [eqn: n]몰이 모두 반응하고 C 이온 [eqn: 1.5n]몰이 생성되었고 비커 Ⅱ는 (가)의 상태 그대로 이므로 [eqn: rm B ^{it b+ rm}] [eqn: xn]몰이 존재한다. 따라서 [eqn: y`:`2`=`1.5n`:`xn]이 성립하고 [eqn: xy=3]이며, [eqn: rm A ^{ita+}]과 C 이온의 반응 몰수비가 [eqn: n`:`1.5n`=`2`:`3]이므로 이온의 산화수 비는 [eqn: rm A ^{ita+}] : C 이온 = 3 : 2이고 [eqn: a=3]이다.

따라서 [eqn: xy=3], [eqn: a=3]이므로 [eqn: {xy} over {a} =1]이다.

[정답] ⑤

Ⅲ에서 반응 후 금속 C가 남았으므로 Ⅲ에서 [eqn: rmA ^{ +}], [eqn: rmB ^{ +}]가 모두 반응했거나 [eqn: rmA ^{ +}], [eqn: rmB ^{ +}] 중 어느 한 이온만 모두 반응하였다. 만일 [eqn: rmA ^{ +}], [eqn: rmB ^{ +}]가 모두 반응했다고 가정할 때 [eqn: rm C ^{it n+ rm}]의 전하가 +2 또는 +3이라면 반응 후 전체 양이온 수는 [eqn: 4N] 또는 [eqn: {8} over {3} N]이어야 하므로 실험 결과와 맞지 않다. 그러므로 [eqn: rmA ^{ +}], [eqn: rmB ^{ +}]는 모두 반응하지 않고 [eqn: rmA ^{ +}], [eqn: rmB ^{ +}] 중 어느 한 이온만 반응하였다. 또한 [eqn: rmB ^{ +}] [eqn: 3N]이 모두 반응했다면 Ⅲ에서 전체 양이온 수는 [eqn: 6.5N]이거나 [eqn: 6N]이어야 하므로 자료와 맞지 않는다. 따라서 [eqn: rmA ^{ +}]만 반응하였다.

해설

실험Ⅲ에서 반응 후 전체 양이온 수가 [eqn: 5.5N]인데 이 중 [eqn: rmB ^{ +}]이 [eqn: 3N]이므로 [eqn: rm C ^{itn+}] 수는 [eqn: 2.5N]이다. 반응한 이온 수비가 [eqn: rmA ^{ +}]:[eqn: rm C ^{itn+}] = [eqn: 5N] : [eqn: 2.5N]이므로 [eqn: rm C ^{itn+}]의 전하 [eqn: n=2]이다.

ㄱ. 실험 I에서 반응한 금속 C [eqn: w] g에 들어 있는 [eqn: rm C ^{itn+}] 수를 [eqn: a]라고 할 때, 양적 관계를 다음과 같이 나타낼 수 있다.

[eqn: 5N-2a+a=4N]([eqn: 7N] 중 [eqn: 3N] 은 B+)이므로 [eqn: a=N]이다.

따라서 Ⅰ에서 반응 후 양이온 수는 [eqn: rmA ^{ +}] [eqn: 3N], [eqn: rmB ^{ +}] [eqn: 3N], [eqn: rm C ^{it2+}] [eqn: N]이므로 [eqn: rmA ^{ +}] 수는 [eqn: rmB ^{ +}] 수와 같다.

ㄴ. Ⅱ에서 반응한 C 1.5[eqn: w] g의 C 원자 수는 [eqn: 1.5N]이므로 [eqn: rmA ^{ +}] [eqn: 5N] 중 [eqn: 3N]이 반응하고 [eqn: 2N]이 남고, 생성된 [eqn: rm C ^{it2+}] [eqn: 1.5N]이다. 따라서 [eqn: rmA ^{ +}] 수와 [eqn: rm C ^{it2+}] 수의 비는 [eqn: 2N] : [eqn: 1.5N] = 4 : 3이다.

ㄷ. 실험 Ⅱ에서 반응 후 양이온 수는 [eqn: rmA ^{ +}] [eqn: 2N], [eqn: rmB ^{ +}] [eqn: 3N], [eqn: rm C ^{it2+}] [eqn: 1.5N]이므로 전체 양이온 수([eqn: y])는 [eqn: 6.5N]이고, [eqn: y]=6.5이다.

실험Ⅲ에서 C [eqn: 3N](=3[eqn: w] g) 중 [eqn: 2.5N](=2.5[eqn: w])이 반응하였으므로 [eqn: x=2.5]이다.

따라서 [eqn: x=2.5], [eqn: y=6.5]이므로 [eqn: x+y=2.5+6.5=9]이다.

[정답] ①

어떤 물질이 산소를 얻으면 산화되며 산소를 잃으면 환원다. 또한 산화제는 다른 물질을 산화시키는 물질이고, 환원제는 다른 물질을 환원시키는 물질이다.

해설

ㄱ. (가)에서 Mg은 [eqn: rm O_2]와 결합하였으므로 산화된다.

ㄴ. (나)에서 CO는 산소를 얻었으므로 산화되었다. CO는 자신은 산화되면서 [eqn: rm Fe_2 O_3]을 환원시켰으므로 환원제이다.

바로알기

ㄷ. [eqn: rm Fe_2 O_3]을 구성하는 원자의 산화수의 합은 0이고, O의 산화수는 -2이므로 Fe의 산화수는 +3이다. 따라서 (나)에서 Fe의 산화수는 +3에서 0으로 감소한다.

[정답] ①

금속과 금속 이온의 반응에서 양이온의 전하량의 총합은 일정하므로 [eqn: q]는 이온 수에 반비례한다. 따라서 I에서 [eqn: {전체~ 이온의~ 전하량} over { 전체~ 이온~ 수} = 1 over m]이다.

해설

만일 [eqn: rm B ^ {it b+}]의 전하가 +1이면 전하량의 총합은 일정한 데 수용액 속 이온 수가 증가하므로 [eqn: q]는 1보다 작아지고, +3이면 수용액 속 이온 수가 감소하므로 [eqn: q]는 1보다 커진다. 수용액 II의 [eqn: q]가 1보다 작으므로 [eqn: rm B ^ {it b+}]의 전하는 +1이다. 따라서 [eqn: b]=1이다.

수용액 I에서 [eqn: rm A ^ {it 2+}] 수를 [eqn: m]이라고 할 때 II에서 일어나는 반응의 양적 관계는 다음과 같이 나타낼 수 있다. II에서 [eqn: rm A ^ {it 2+}]과 [eqn: rm B ^ {it b+}]이 모두 존재하므로 넣어 준 B는 모두 반응하였다.

	[eqn: rm A ^ {it 2+}] + 2B → A + 2[eqn: rm B ^ +]
처음	[eqn: m]
반응	-2[eqn: N] 4[eqn: N]
나중	[eqn: m]-2[eqn: N] 4[eqn: N]

수용액 II에서 [eqn: {전체~이온의~전하량} over {전체~이온~수} = {1} over {(m+2N)}]이다. 수용액 I과 II의 [eqn: q]는 1: [eqn: 7 over 9]이므로 [eqn: 1 over m : 1 over (m+2N) = 1 : 7 over9]이며, [eqn: m]=7[eqn: N]이고 II에 들어 있는 [eqn: rm A ^ {it 2+}]은 5[eqn: N]이다.

ㄱ. II의 [eqn: q]는 I보다 작고, III의 [eqn: q]는 II보다 크므로 이온의 전하는 C 이온이 B 이온보다 크다. 따라서 [eqn: c]>[eqn: b]이다.

ㄴ. II에서 C를 넣었을 때 [eqn: rm A ^ {it 2+}]과 금속 C는 모두 반응하였다. 만일 C 이온의 전하가 2라고 한다면 [eqn: rm A ^ {it 2+}]과 C가 반응할 때 생성되는 [eqn: rm C ^ {it c+ }]은 5[eqn: N]이다. 또한 4[eqn: N]의 [eqn: rm B ^ +]과 반응한 [eqn: rm C ^ {it 2+ }]의 수를 [eqn: n]이라고 하면 양적 관계는 다음과 같다.

바로알기

	C + 2[eqn: rm B ^ +] → [eqn: rm C ^ {it 2+ }] + 2B
처음	4[eqn: N]
반응	-2[eqn: n] [eqn: n]
나중	4[eqn: N]-2[eqn: n] [eqn: n]

수용액 III에서 [eqn: {전체~ 이온의~ 전하량} over { 전체~ 이온~ 수} = 1 over{ ( 5N + 4N -n)]이다.

따라서 [eqn: 1 over 7N]: [eqn: {1} over {(9N-n)}]= 1: [eqn: 7 over 8]이므로 [eqn: n]=[eqn: N]이므로 [eqn: x]=5[eqn: N]+ [eqn: N]=6[eqn: N] 이다.

ㄷ. 수용액 III에 존재하는 [eqn: rm B ^ {it b+ }]은 2[eqn: N], [eqn: rm C ^ {it c+ }]은 6[eqn: N]이다.

[정답] ②

[eqn: rm A ^{ita+}]과 [eqn: rm B ^{it b+ rm}]이 들어 있는 수용액에 C 3몰을 차례대로 넣었을 때 모두 반응하였으므로 (나) 과정 후 수용액에 존재하는 이온의 몰수는 ([eqn: rm A ^{ita+}]+[eqn: rm B ^{it b+ rm}]) 7몰, C[eqn: {}^c+] 3몰이고, (다) 과정 후 수용액에 존재하는 이온의 몰수는 [eqn: rm B ^{it b+ rm}] 3몰, C[eqn: {}^c+] 6몰이다. (나)와 (다) 과정 후 존재하는 이온 중 C[eqn: {}^c+]을 제외한 다른 이온의 몰수 차이가 4몰이고, (다)에서 석출된 A와 B의 몰수가 같으므로 (다)에서 반응한 [eqn: rm A ^{ita+}]과 [eqn: rm B ^{it b+ rm}]의 몰수는 각각 2몰이다. 따라서 (나) 과정 후 수용액에 존재하는 [eqn: rm A ^{ita+}]은 2몰, [eqn: rm B ^{it b+ rm}] 은 5몰이다. (나)에서 C를 넣었을 때 A만 반응했으므로 (가)와 (나) 과정 후 수용액에 존재하는 [eqn: rm B ^{it b+ rm}] 의 몰수는 같으며, (가)에는 [eqn: rm A ^{ita+}] 8몰, [eqn: rm B ^{it b+ rm}]은 5몰이 존재한다. 따라서 (나)에서 반응한 A의 몰수는 6몰이므로 반응 몰수 비는 [eqn: rm A ^{ita+}]  : C[eqn: {}^c+] =2:1이고, [eqn: a=1], [eqn: c=2]이다. (다)에서 C 3몰을 넣었을 때 반응한 [eqn: rm A ^{ita+}]과 [eqn: rm B ^{it b+ rm}]의 몰수는 각각 2몰이므로, C 1몰은 A[eqn: {}^a+] 2몰과 반응하였고 C 2몰은 [eqn: rm B ^{it b+ rm}] 2몰과 반응하였으므로 [eqn: b=c=2]이다. 따라서 (나)에서 반응이 완결된 후 수용액에 존재하는 [eqn: rm A ^{ita+}]은 2몰, [eqn: rm B ^{it b+ rm}]은 5몰이고, [eqn: b=2]이므로 [eqn: {rmB^b+ 의``몰수}over{rmA^a+ 의``몰수} times b][eqn: = 5over2][eqn: times2][eqn: =5]이다.

해설

[정답] ④

금속과 금속 이온의 반응에서 수용액에 들어 있는 양이온의 총 전하량은 일정하므로, 반응한 이온의 입자 수는 이온의 전하의 역수에 비례 한다.

해설

(나)에서 [eqn: rm A ^{ita+}] [eqn: 6N]이 모두 반응하고 [eqn: rm B ^{it b+ rm}] [eqn: 4N]이 생성되었으므로 [eqn: rm A ^{ita+}]과 [eqn: rm B ^{it b+ rm}]의 전하 수 비는 2:3이다. 따라서 [eqn: a=2], [eqn: b=3]이다.

(나)에서 석출된 금속 A 원자 수는 [eqn: 6N]이고, 반응하지 않고 남은 금속 B 원자가 있으므로 B 원자 수를 [eqn: xN]이라고 가정할 때, (다) 과정 후 비커에 들어 있는 금속은 1가지이므로 (다)에서 A [eqn: 6N]과 B [eqn: xN]은 모두 반응하여 [eqn: rm A it ^{2+}] [eqn: 6N]과 [eqn: rm B it ^{3+}] [eqn: xN]이 생성되었고, 각 반응의 화학 반응식은 다음과 같다.

[eqn: rm A+2C ^{+} ``` ->`` `A ^{2+} +2C], [eqn: rm B+3C ^{+} ``` ->`` `B ^{3+} +3C]

따라서 A [eqn: 6N]과 반응한 [eqn: rm C ^{+}] 수는 [eqn: 12N]이고, B [eqn: xN]과 반응한 [eqn: rm C ^{+}] 수는 [eqn: 3xN]이므로, 반응한 [eqn: rm C ^{+}]의 총 수는 [eqn: (12+3x)N]이다.

또한 (다) 과정 후 수용액에 들어 있는 양이온의 총 수 [eqn: 15N] 중에는 [eqn: rm A it ^{2+}] [eqn: 6N], [eqn: rm B it ^{3+}] [eqn: (4+x)N]과 반응하지 않고 남은 [eqn: rm C ^{+}] [eqn: (5-x)N]이 들어 있으므로, (다)에서 넣어준 [eqn: rm C it ^{+} (aq)] 100 mL에 들어 있는 [eqn: rm C it ^{+}]은 [eqn: (12+3x)N+(5-x)N]이다.

[eqn: rm C it ^{+} (aq)] 100 mL에 들어 있는 [eqn: rm C it ^{+}]의 수는 (다) 과정 후 수용액에 들어 있는 [eqn: rm C it ^{+}] 수의 4배이므로

[eqn: (12+3x)N+(5-x)N=4(5-x)N]이고, [eqn: x=0.5N]이다.

따라서 [eqn: rm C it ^{+} (aq)] 100 mL에 들어 있는 [eqn: rm C it ^{+}] 수는

[eqn: (12+3x)N+(5-x)N=13.5N+4.5N=18N]이다.

[정답] ②

(나)에서 [eqn: rm C ^{2+ rm}]이 생성되면서 전체 양이온 수가 감소했으므로, [eqn: rm A ^{ita+}]과 [eqn: rm B ^{it b+ rm}] 중 C와 반응한 이온의 전하가 +1임을 알 수 있다. 또한 (다) 과정에서 (나)의 수용액에 C [eqn: w] g을 넣어 반응을 완결시킨 후에 C가 남아 있으므로 [eqn: rm A ^{ita+}]과 [eqn: rm B ^{it b+ rm}] 중 C와 반응한 이온이 모두 반응하고 더 이상 반응이 진행되지 않음을 알 수 있다.

해설

(가)에서 [eqn: rm A ^{ita+}]의 수가 [eqn: rm B ^{it b+ rm}]의 수보다 크므로 C와 반응한 양이온은 [eqn: rm B ^{it b+ rm}]이고, [eqn: b]=1이다. (나)와 (다)에서 C를 넣어 주면 수용액에서 다음과 같은 산화 환원 반응이 일어난다.

2[eqn: rm B ^{it+ rm}] + C [eqn: REL rarrow { ~~~~~} { }] 2B + [eqn: rm C ^{2+ rm}]

(나)에서 C [eqn: w] g을 넣으면 전체 양이온 수가 12[eqn: N]에서 10[eqn: N]으로 2[eqn: N]만큼 감소하므로 [eqn: rm C ^{2+ rm}]이 2[eqn: N] 생성되고 [eqn: rm B ^{it+ rm}]이 4[eqn: N] 반응한다.

(다)에서 C [eqn: w] g을 넣으면 전체 양이온 수가 10[eqn: N]에서 9.6[eqn: N]으로 0.4[eqn: N]만큼 감소하므로 [eqn: rm C ^{2+ rm}]이 0.4[eqn: N] 생성되고 [eqn: rm B ^{it+ rm}]이 0.8[eqn: N] 반응한다. (다) 과정 후 수용액 안에는 [eqn: rm B ^{it+ rm}]이 남아있지 않으므로 (가)에 들어 있는 [eqn: rm B ^{it+ rm}]의 수는 (나)와 (다)에서 반응한 4.8[eqn: N]이고, (가), (나), (다)에 들어 있는 [eqn: rm A ^{ita+}]의 수는 12[eqn: N]-4.8[eqn: N]=7.2[eqn: N]이다.

(나) 과정에서 [eqn: rm C ^{2+ rm}]이 2[eqn: N] 생성되고 (다) 과정에서 [eqn: rm C ^{2+ rm}]이 0.4[eqn: N] 생성되므로 (다) 과정 후 [eqn: rm C ^{2+ rm}]의 수는 2[eqn: N]+0.4[eqn: N]=2.4[eqn: N]이다. 한편, (나) 과정에서 C [eqn: w] g이 모두 반응할 때 [eqn: rm C ^{2+ rm}]이 2[eqn: N] 생성되었고, (다) 과정에서 [eqn: rm C ^{2+ rm}]이 0.4[eqn: N] 생성되고 C가 [eqn: x] g 남았으므로 [eqn: w] g ： 2[eqn: N]=[eqn: x] g ： 1.6[eqn: N]에서 [eqn: x]=[eqn: {1.6} over {2} w](g)이다. 따라서 [eqn: {(다)```과정```후``` rm C ^{2+} ```수 it} over {(나)```과정```후``` rm A ^{it a+ rm} ```수 it} TIMES x= {2.4N} over {7.2N} TIMES {1.6} over {2} w= {4} over {15} w]이다.

[정답] ⑤

C [eqn: w] g 속에 들어 있는 C 원자 수는 일정한데 C [eqn: w] g 을 넣었을 때 환원되어 석출된 금속의 양(mol)은 4[eqn: n]몰이고, C 2[eqn: w] g ~3[eqn: w] g을 넣었을 때 환원되어 석출된 금속의 양(mol)은 8[eqn: n]-[eqn: {20} over {3}n] =[eqn: {4} over {3} n](몰)이다. 즉, 일정량의 금속 C 원자와 반응한 금속 이온 수가 반응 초기에 더 크므로 이온의 산화수가 작은 [eqn: rm B ^{it b+ rm}]이 [eqn: rmA^{ita+]보다 먼저 환원된다. 이때 C [eqn: w]g과 반응한 [eqn: rm B ^{it b+ rm}]은 4[eqn: n]몰이고, [eqn: rmA^{ita+]은 [eqn: {4} over {3} n]몰이다. 이로부터 일정량의 C 원자 수와 반응한 이온의 몰비가 [eqn: rmA^{ita+]: [eqn: rm B ^{it b+ rm}]=1 : 3이므로 산화수 비는 [eqn: a : b=3 : 1]이다. 이때 [eqn: a]와 [eqn: b]는 3 이하의 자연수이므로 [eqn: a]는 3이고, [eqn: b]는 1이다. C [eqn: w]g을 넣을 때 [eqn: rm B ^{it b+ rm}]([eqn: rm B ^{it + rm}])과 반응하고, 생성된 금속의 양(mol)은 4[eqn: n]몰이다. 이때 금속 이온의 산화수비가 [eqn: rm B ^{it b+ rm}]([eqn: rm B ^{it + rm}]) : [eqn: rmC^2+]=1 : 2이므로 반응 몰비는 2 : 1이다. 이로부터 C [eqn: w] g에 들어 있는 C 원자의 양(mol)은 2[eqn: n]몰이다. C [eqn: w] g ~ 2[eqn: w] g을 넣을 때 [eqn: rm B ^{it b+ rm}]([eqn: rm B ^{it + rm}])과 반응한 C의 양(mol)을 [eqn: p]몰, [eqn: rmA^{ita+]([eqn: rm A ^{3+ rm}])과 반응한 C의 양을 [eqn: q]몰이라고 하면 [eqn: p]+[eqn: q]=2[eqn: n]이다.----①

해설

또한 생성된 B와 A의 양(mol)은 각각 2[eqn: p]몰, [eqn: {2} over {3} q]몰이므로

2[eqn: p]+[eqn: {2} over {3} q]=[eqn: {20} over {3}n]-4[eqn: n]=[eqn: {8} over {3} n]이다.----②

①, ② 식을 풀면 [eqn: p=q=n]이므로 C 2[eqn: w]g을 넣을 때 생성된 B의 양(mol)은 4[eqn: n]+2[eqn: n]=6[eqn: n](몰)이고, A의 양(mol)은 [eqn: {2} over {3} n]몰이다. 이를 통해 (가)의 비커에 들어 있는 [eqn: rm B ^{it b+ rm}]([eqn: rm B ^{it + rm}])은 6[eqn: n]몰이고, [eqn: rmA^{ita+]([eqn: rm A ^{it 3+ rm}])은 9[eqn: n]-6[eqn: n]=3[eqn: n](몰)임을 알 수 있다. 따라서 C 2[eqn: w]g을 넣을 때 수용액 속에 들어있는 [eqn: rmA^{ita+]([eqn: rm A ^{3+ rm}])의 양(mol)은 3[eqn: n]-[eqn: {2} over {3} n]=[eqn: {7} over {3} n](몰)이고, [eqn: rmC^2+]의 양(mol)은 4[eqn: n]몰이므로 [eqn: x]=[eqn: {7} over {3} n]+4[eqn: n]=[eqn: {19} over {3} n]이다.

C  3[eqn: w] g~ C [eqn: y] g을 넣을 때까지 반응한 [eqn: rm A ^{3+ rm}]의 양(mol)은 [eqn: n]몰이고 ,반응 몰비는 C ([eqn: rmC^2+]) : [eqn: rm A ^{3+ rm}] = 3 : 2이므로 반응한 C 원자의 양은 [eqn: { 3} over {2 }n]몰이다. 이때 C [eqn: w] g에 들어 있는 C 원자의 양(mol)이 2[eqn: n]몰이므로 C [eqn: { 3} over {2 }n]몰의 질량은 [eqn: { 3} over {4 }w]g이다. 따라서 [eqn: y=3w+ {3} over {4} w= {15} over {4}w]이다.

ㄴ.  [eqn: x]=[eqn: {7} over {3} n]+4[eqn: n]=[eqn: {19} over {3} n]이다.

ㄷ.  C 3[eqn: w] g ~ [eqn: y] g을 넣을 때 반응한 C 원자의 양(mol)은 [eqn: { 3} over {2 }n]몰이고, C [eqn: { 3} over {2 }n]몰의 질량은 [eqn: { 3} over {4 }w]g이므로

[eqn: y=3w+ {3} over {4} w= {15} over {4}w]이다.

ㄱ. 일정량의 금속 C 원자 수와 반응한 이온의 몰비가 [eqn: rmA^{ita+]:[eqn: rm B ^{it b+ rm}]=1 : 3이므로 산화수비는 [eqn: a : b=3 : 1]이다. 따라서 [eqn: b]=1이다.

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[정답] ④

(나)에서 [eqn: rm A ^{it a+ rm}]([eqn: aq]) 10 mL에 [eqn: rmB(its)]를 넣어 반응이 완결된 후 존재하는 금속의 종류가 2종류이므로 [eqn: rm A ^{it a+ rm}]([eqn: aq]) 10 mL 속 [eqn: rm A ^{it a+ rm}]이 모두 반응하여 [eqn: rmA(its)]가 되고, 넣어 준 [eqn: rmB(its)] [eqn: w] g 중 일부만 반응하고 반응하지 않은 [eqn: rmB(its)]가 남아 있다. 이로부터 반응 전 양이온 수는 [eqn: rm A ^{it a+ rm}] 수와 같고, 반응 후 용액 속 양이온 수는 [eqn: rm B ^{it b+ rm}] 수와 같다. 따라서 [eqn: rm A ^{it a+ rm}]([eqn: aq]) 10 mL에 들어 있는 [eqn: rm A ^{it a+ rm}] 수는  9[eqn: N]이고, 반응 후 생성된 [eqn: rm B ^{it b+ rm}] 수는  6[eqn: N]이다. 즉, [eqn: rm A ^{it a+ rm}] 9[eqn: N]이 반응하여 [eqn: rm B ^{it b+ rm}] 6[eqn: N]이 생성되므로 [eqn: rm A ^{it a+ rm}]과 [eqn: rm B ^{it b+ rm}]은 3 : 2의 개수비로 반응한다. 따라서 각 양이온의 산화수 비는 2 : 3이므로 [eqn: a=2], [eqn: b=3]이다. 또한 금속의 반응성은 B > A이다.

해설

(나)의 비커에 [eqn: rm C ^{it c+ rm}]([eqn: aq]) 4 mL를 넣을 때 이온 수가 증가하므로 넣어 준 [eqn: rm C ^{it c+ rm}]은 비커 속 금속과 반응하는데, 반응성은 B > A이므로 B와 먼저 반응한다. 이때 (나)의 비커에 [eqn: rm C ^{it c+ rm}]([eqn: aq]) 4 mL를 넣었을 때 단위 부피당 증가한 전체 양이온 수보다 (나)의 비커에 [eqn: rm C ^{it c+ rm}]([eqn: aq]) 4 mL~20 mL 넣었을 때 단위 부피당 증가한 전체 양이온 수가 크므로  [eqn: rm C ^{it c+ rm}]([eqn: aq]) 4 mL를 넣었을 때 남아 있는 [eqn: rmB(its)]가 모두 반응한 것이다. 또한 [eqn: rm C ^{it c+ rm}]([eqn: aq]) 4 mL~20 mL 넣었을 때 이온 수 변화 그래프의 기울기가 일정하므로, 즉 증가한 전체 양이온 수가 일정하므로 이 구간에서는 넣어 준 [eqn: rm C ^{it c+ rm}]이 [eqn: rmA(its)]와는 반응하지 않는 경우와 [eqn: rmA(its)]와 반응하지만 [eqn: rm A ^{it a+ rm}]과 [eqn: rm C ^{it c+ rm}]의 전하가 같은 경우의 2가지가 가능하다. [eqn: rm C ^{it c+ rm}]([eqn: aq]) 4 mL 넣었을 때 반응한 [eqn: rm C ^{it c+ rm}] 수를 xN이라고 할 때 양적 관계는 다음과 같다.

3[eqn: rm C ^{it c+ rm}]   +   cB    →    3C  +  c[eqn: rm B ^{it 3+ rm}]

반응 전(개)    [eqn: x]N        [eqn: {c} over {3} xN]                   6N

반응 (개)     -[eqn: x]N       -[eqn: {c} over {3} xN]       +[eqn: x]N    + [eqn: {c} over {3} xN]

반응 후(개)     0          0          [eqn: x]N     6N +[eqn: {c} over {3} xN]

전체 양이온 수는 6N +[eqn: {c} over {3} xN] =8N이므로 c =[eqn: {6} over {x}]이다. 이때 x=3인 경우 c=2이고, [eqn: rm C ^{it c+ rm}]([eqn: aq]) 4 mL에 들어 있는 이온 수는 3N이다. 이 경우에는 [eqn: rm C ^{it c+ rm}]([eqn: aq]) 0~4 mL 동안 단위 부피당 [eqn: rm C ^{it c+ rm}] 수는 [eqn: {3N} over {4``rm`mL}]이고, [eqn: rm C ^{it c+ rm}]([eqn: aq]) 4 mL~20 mL 동안 단위 부피당 [eqn: rm C ^{it c+ rm}] 수는 [eqn: {24N} over {16`` rm `mL it}]으로 서로 다르므로 옳지 않다. x=6인 경우 c=1이고, [eqn: rm C ^{it c+ rm}]([eqn: aq]) 4 mL에 들어 있는 이온 수는 6N이다. 이 경우에는 [eqn: rm C ^{it c+ rm}]([eqn: aq]) 0~4 mL 동안 단위 부피당 [eqn: rm C ^{it c+ rm}] 수는 [eqn: {6N} over {4`` rm `mL it}]이고, [eqn: rm C ^{it c+ rm}]([eqn: aq]) 4 mL~20 mL 동안 단위 부피당 [eqn: rm C ^{it c+ rm}] 수는 [eqn: {24N} over {16`` rm `mL it}]으로 서로 같다. 따라서 c=1이므로 [eqn: rm C ^{it c+ rm}]의 전하는 +1이며, [eqn: rm C ^{it c+ rm}]([eqn: aq]) 4 mL~20 mL를 넣었을 때 [eqn: rmA(its)]는 반응하지 않음을 알 수 있다.

(가)에서 [eqn: rm A ^{it a+ rm}]([eqn: aq]) 10 mL에 들어 있는 [eqn: rm A ^{it a+ rm}] 수는 9[eqn: N]이고,  [eqn: rm C ^{it c+ rm}]([eqn: aq]) 20 mL에 들어 있는 30[eqn: N]이므로 단위 부피당 [eqn: rm A ^{it a+ rm}] 수가 9[eqn: N]일 때 [eqn: rm C ^{it c+ rm}] 수는 15[eqn: N]이다. 따라서 [eqn: c` TIMES {(가)에서``단위``부피당``` rm A ^{it a+ rm} ```수 it} over {(가)에서`단위`부피당` rm ``C ^{c+} ```수 it}]=[eqn: 1 TIMES {9N} over {15N}][eqn: ={ 3} over { 5}]이다.

[정답] ④

넣어 준 C의 질량이 2 g까지 전체 이온 수가 감소하다가 다시 증가하므로 [eqn: rmC(its)]가 [eqn: rm A ^{it a+ rm}]과 반응하여 [eqn: rm C ^{it c+ rm}]가 생성될 때는 양이온 수가 감소하고, [eqn: rm B ^{it b+ rm}]과 반응하여  [eqn: rm C ^{it c+ rm}]이 생성될 때는 양이온 수가 증가한다. 이로부터 [eqn: c > a]이고, [eqn: b>c]이다. 즉 [eqn: b>c > a]인데, [eqn: a]~[eqn: c]는 각각 3 이하의 자연수이므로 [eqn: b=3], [eqn: c=2], [eqn: a=1]이다. 반응 전 수용액 속 [eqn: rm A ^{it a+ rm}] 수, [eqn: rm B ^{it b+ rm}] 수, [eqn: rmNO_3 ^-] 수를 각각 [eqn: p,``q,``r]라고 하면 [eqn: p+q+r=34]이고, 수용액은 중성이므로 음이온의 전하량과 양이온의 전하량의 합이 0이므로

해설

[eqn: (+1) TIMES `p`+`(+3) TIMES q+(-1) TIMES r=0]이다. 이 두 식으로부터 [eqn: p+2q=17]이다.  [eqn: rmC(its)] 1g에 들어 있는 C 원자 수를 [eqn: k]라고하면 반응의 양적 관계는 다음과 같다.

2[eqn: rm A ^{it + rm}] + C  →  2A + [eqn: rm C ^{it 2+ rm}]

반응 전        [eqn: p]     [eqn: k]

반응         -2[eqn: k]    -[eqn: k]      +2[eqn: k]   [eqn: k]

반응 후       [eqn: p]-2[eqn: k]   0       2[eqn: k]    [eqn: k]

이때  수용액 속에는 [eqn: rm A ^{it + rm}] 수 ( [eqn: p]-2[eqn: k]),  [eqn: rm B ^{it 3+ rm}] 수  [eqn: q], [eqn: rmNO_3 ^-] 수 [eqn: r], [eqn: rm C ^{it 2+ rm}] 수  [eqn: k]가 존재하므로 [eqn: p+q+r-k=31]이다. 이때 [eqn: p+q+r=34]이므로 [eqn: k]=3이다. [eqn: rmC(its)] 1~2 g을 넣을 때 넣어 준 C 원자 수 3에 의해 [eqn: rm A ^{it + rm}] ([eqn: p]-6)이 모두 반응하고,  [eqn: rm B ^{it 3+ rm}]와 일부 반응한다. 이때 반응의 양적 관계는 다음과 같다.

2[eqn: rm A ^{it + rm}]   +  C  →   2A  +  [eqn: rm C ^{it 2+ rm}]

반응 전      [eqn: p]-6       3

반응       -([eqn: p]-6)   -[eqn: {1} over {2}]([eqn: p]-6)         [eqn: {1} over {2}]([eqn: p]-6)

반응 후     0        6-[eqn: { p} over { 2}]            [eqn: {1} over {2}]([eqn: p]-6)

2[eqn: rm B ^{it 3+ rm}] +  3C      →   2B  +  3[eqn: rm C ^{it 2+ rm}]

반응 전      [eqn: q]        6-[eqn: { p} over { 2}]              [eqn: {1} over {2}]([eqn: p]-6)

반응    -[eqn: { 2} over { 3}(6- { p} over {2 })] -(6-[eqn: { p} over { 2}])            + (6-[eqn: { p} over { 2}])

반응 후  [eqn: q]-4+[eqn: {p} over {3}]        0                   3

이때 NO3- 수는 r이고, [eqn: rmC(its)] 1 g을 넣었을 때 생성된 [eqn: rm C ^{it 2+ rm}] 수가 3이므로 전체 이온 수는  (3+[eqn: r])+[eqn: q]-4+[eqn: {p} over {3}]+3=30이다.  따라서 [eqn: {p} over {3} +q+r=28]이다. [eqn: p+q+r=34]이므로 [eqn: p=9]이며, [eqn: p+2q=17]에서 [eqn: q=4], [eqn: r=21]이다.

따라서 (가)에서 [eqn: rm A ^{it a+ rm}] 수가 9일 때 [eqn: rm B ^{it b+ rm}]의 수는 4이므로. [eqn: {(가)의`수용액에`존재하는`` rm B` ^{it b+` rm} 수 it} over {(가)의`수용액에`존재하는` rm A ^{it a+ rm} `수 it} = {4} over {9}]이다. C 2 g을 넣어 반응시킨 수용액에는 [eqn: rm B ^{it 3+ rm}]수가 3, [eqn: rm C ^{it 2+ rm}] 수가 6, [eqn: rmNO_3 ^-]수가 21이 존재한다. 여기에 C 2 g, 즉 C 원자 수 6을 더 넣어 주면 [eqn: rm B ^{it 3+ rm}]과 [eqn: rm C ^{it 2+ rm}]은 2 : 3의 개수비로 반응하므로 [eqn: rm B ^{it 3+ rm}]이 모두 반응하여 [eqn: rm C ^{it 2+ rm}] 4.5가 생성되므로 반응 후 수용액에는 [eqn: rm C ^{it 2+ rm}] 수가 10.5, [eqn: rmNO_3 ^-]이 21이 존재하므로 [eqn: x=31.5]이다. 따라서

[eqn: {(가)의`수용액에`존재하는`` rm B` ^{it b+` rm} 수 it} over {(가)의`수용액에`존재하는` rm A ^{it a+ rm} `수 it}timesx][eqn: = {4} over {9} TIMES 31.5=14]이다.

[정답] ⑤

ㄱ. (가)에서 [eqn: rmCu]는 공기 중의 [eqn: rmO_2]와 반응하여 [eqn: rmCuO]로 된다. 이때 [eqn: rmCu]는 산화되면서 [eqn: rmO_2]를 환원시키는 환원제이다.

해설

ㄴ, ㄷ. (나)에서 [eqn: rmCuO]와 [eqn: rmCO]가 반응하여 [eqn: rmCu]로 되므로 반응식을 완성하면 다음과 같다.

[eqn: rmCuO] + [eqn: rmCO] → [eqn: rmCu] + [eqn: rmCO_2]

[eqn: rmCO]에서 O의 산화수가 -2이므로 C의 산화수는 +2이다. 또 이 반응에서 생성되는 기체 X는 [eqn: rmCO_2]이다.

[정답] ④

(가)와 (나)를 화학 반응식으로 나타내면 다음과 같다.

해설

(가) 2Cu + O2 → 2CuO, (나) 2CuO + C → 2Cu + CO2

④ 산화는 물질이 산소와 결합하거나 전자를 잃는 반응이고, 환원은 물질이 산소를 잃거나 전자를 얻는 반응이다. (가)에서 [eqn: rmO_2]는 전자를 얻었으므로 환원되었고, (나)에서 CuO는 산소를 잃었으므로 환원되었다.

[정답] ⑤

반응 (나)에서 CuO와 ㉠이 반응하여 Cu와 [eqn: rmH _{ 2}O]이 생성되었으므로 ㉠은 [eqn: rmH _{ 2}]이다.

해설

ㄱ. (가)에서 O의 산화수는 0에서 –로 감소하므로 환원된다.

ㄴ. CuO에서 O의 산화수는 –이고, 화합물을 구성하는 원자의 산화수 합은 0이므로 Cu의 산화수는 +2이다.

ㄷ. (나)에서 ㉠인 H□는 CuO를 Cu로 환원시켰으므로 환원제로 작용한다.

[정답] ②

ㄴ. 머리핀에 붉은 녹이 생기는 것은 금속이 전자를 잃고 산화된 것이므로 산화-환원 반응이다.

해설

ㄱ. 탄산 칼슘에 식초를 떨어뜨리면 다음 반응이 일어나는데 산화수의 변화가 없으므로 산화-환원 반응이 아니다.

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[eqn: rmCaCO _{ 3}] + [eqn: rm2CH _{ 3}COOH]→ Ca(CH3COO)2 + [eqn: rmH _{ 2}O] + [eqn: rmCO _{ 2}]

ㄷ. 은(Ag)이 황화 은(AgS)으로 되는 반응에서는 Ag이 [eqn: rmAg ^{ +}]으로 산화된다.

[정답] ③

뷰테인의 연소 반응에서 뷰테인은 산소를 얻어 산화된다. 철광석의 산화 철은 산소를 잃어 철로 환원된다. 암모니아의 합성 반응에서 N의 산화수는 0에서 -3으로 감소하므로 질소는 환원된다.

해설

[정답] ②

ㄷ. (나)에서 Cu2+이 Cu로 되었으므로 Cu(s) 1몰이 생성될 때 이동한 전자는 2몰이다.

해설

Cu2+ + 2e- → Cu

ㄱ. (가)의 H2에서 H의 산화수는 0이고, NH3에서 H의 산화수는 +1이다. H의 산화수는 0에서 +1로 증가하므로 H2는 산화되었고 환원제로 작용한다.

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ㄴ. (가)의 N2에서 N의 산화수는 0이고, NH3에서 N의 산화수는 -3이므로 N의 산화수는 3만큼 감소한다.

[정답] ①

(가)와 (나)에서 각 원자의 산화수 변화는 다음과 같다.

해설

+4                   -2                               0

(가) [eqn: rm S][eqn: rm O _{2}](g)  +  [eqn: rm 2H _{2}][eqn: rm S](g)  →  [eqn: rm2H _{ 2}O](l)  +  [eqn: rm 3][eqn: rm S](s)

+4                   0          +6  -2

(나) [eqn: rm S][eqn: rm O _{2}](g)  + [eqn: rm {1} over {2}][eqn: rm O _{2}](g)  → [eqn: rmS] [eqn: rm O _{3}](g)

ㄱ. (가)에서 [eqn: rmH _{ 2}S]는 산화수가 -2 → 0으로 증가하므로 산화된다.

ㄴ. (가)에서 [eqn: rmH _{ 2}S]는 산화되고 [eqn: rm SO _{ 2}]은 환원되므로, [eqn: rm SO _{ 2}]산화제이다. (나)에서 [eqn: rm O _{2}]는 환원되고 [eqn: rm SO _{ 2}]은 산화되므로, [eqn: rm SO _{ 2}]은 환원제이다.

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ㄷ. (가)와 (나)에서 [eqn: rm S]의 산화수가 제일 큰 것은 +6이고 제일 작은 것은 -2이다. 따라서 산화수가 가장 큰 것와 가장 산화수가 가장 작은 것의 차이는 8이다.

[정답] ①

① 영희 : (가)에서 C는 산소와 결합하므로 산화되었다.

해설

철수 : (나)에서 [eqn: rmFe _{2} O _{3}]은 산소를 잃고 환원되고, [eqn: rmCO]는 산소를 얻어 산화되므로 [eqn: rmCO]는 환원제이다.

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순희 : (다)에서는 반응 전후에 산화수의 변화가 없으므로 산화-환원 반응이 아니다.

[eqn: rm `CaCO _{3} ``+`SiO _{2} ```` -> ```CaSiO _{3} ```+``CO _{2}]

+2 +4-2     +4-2       +2 +4-2      +4-2

[정답] ①

ㄱ. 염소([eqn: rm Cl _{ 2}]) 기체를 물에 녹이면 [eqn: rm HCl]와 [eqn: rm HClO]이 생성되는데, 이 물질들은 물에 녹아 [eqn: rm H ^{ +}]을 내놓으므로, [eqn: rm Cl _{ 2}]를 녹인 수용액은 산성이다.

해설

ㄴ. 반응 전후에 [eqn: rm H]와 [eqn: rm O]의 산화수는 변하지 않으므로, [eqn: rm H _{ 2}O]은 산화되거나 환원되지 않았다.

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0        +1 -2     +1-1      +1+1-2

[eqn: rm Cl _{ 2}] + [eqn: rm H _{2} O] → [eqn: rm HCl] + [eqn: rm HClO]

ㄷ. [eqn: rm HClO]에서 [eqn: rm H]의 산화수는 +1이고 [eqn: rm O]의 산화수는 -2이다. 따라서 화합물을 이루는 원자들의 산화수를 합하면 0이 되므로 [eqn: rm Cl]의 산화수는 +1이다.

[정답] ③

ㄱ. (가)에서 [eqn: rmFe]은 [eqn: rmFe ^{ 2+}]으로 산화된다.

해설

ㄴ. (나)에서 [eqn: rm CO]는 자신은 [eqn: rmCO _{ 2}]로 산화되면서 [eqn: rmFe _{ 2}O _{ 3}]을 [eqn: rm Fe]로 환원시켰으므로 환원제로 작용하였다.

ㄷ. (다)의 반응에서 [eqn: rmH _{ 2}O]의 수소 원자와 산소 원자는 산화수가 변하지 않았으므로 산화되거나 환원되지 않았다.

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4Fe(O H)2 + O2 +2H2O   →   4Fe(OH)3

+2   -2 +1          0       +1   -2                +3   -2 +1

산화

환원

[정답] ④

ㄴ. (나)의 화학 반응식은 3[eqn: rm NO _{2}]+ [eqn: RMH _{2} O] → 2[eqn: rm HNO _{3}] + [eqn: rmNO]이다. 따라서 [eqn: a`+`b]는 4이고, [eqn: c+d]는 3이므로 [eqn: a`+`b] > [eqn: c+d]이다.

해설

ㄷ. [eqn: rm HNO _{3}]은 수용액 상태에서 [eqn: rmH ^{+}]을 내놓는 아레니우스 산이다.

ㄱ. (가) 과정은 2[eqn: rmNO]+[eqn: rm O _{2}] → 2[eqn: rm NO _{2}]이고, 이때 N의 산화수는 +2에서 +4로 증가한다.

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[정답] ③

ㄱ. 반응 (가)에서 [eqn: rmH _{2}]는 [eqn: rmNO _{2}]에서 산소를 얻어 [eqn: rmH _{2} O]로 되므로 자신이 산화되면서 [eqn: rmNO _{2}]를 환원시키는 환원제이다.

해설

ㄷ. 주어진 반응과 관련된 물질에서 N의 산화수는 [eqn: rmNH_3]에서는 -3, [eqn: rmNO _{2}]에서는 +4, [eqn: rm N _{2} O _{4}]에서는 +4, [eqn: rmHNO_3]에서는 +5, [eqn: rm NO]에서는 +2이다. 따라서 N의 산화수가 가장 큰 물질은 [eqn: rmHNO_3]이다.

ㄴ. (나)에서 반응물 [eqn: rmNO _{2}]와 생성물 [eqn: rm N _{2} O _{4}]에서 N의 산화수는 +4로 같다. 즉, 반응 (나)는 산화 환원 반응이 아니므로 [eqn: rmNO _{2}]는 산화되거나 환원되지 않는다.

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[정답] ⑤

ㄴ. Mn의 산화수는 [eqn: rm KMnO _{4}]에서 +7이고, [eqn: rmMnCl_2]에서 +2이다.

해설

ㄷ. 생성물에서 H 원자 수가 16개이므로 b=16이고, O 원자 수가 8개이므로 a=2이다. 나머지 원자들의 개수를 맞추면 화학 반응식은 다음과 같다.

2[eqn: rm KMnO _{4}(itaq)]+16[eqn: rmHCl(itaq)] →

2[eqn: rm KCl( it aq)]+2[eqn: rm MnCl _{2}(itaq)]+8[eqn: rmH_2 O(itl)]+5[eqn: rm Cl _{2} (itg)]

따라서 [eqn: {b} over {a} = {16} over {2}]= 8이다.

ㄱ. Cl의 산화수는 [eqn: rm HCl]에서 -1이고, [eqn: rm Cl _{2}]에서 0이다. Cl의 산화수가 증가하므로 [eqn: rmHCl(itaq)]은 자신은 산화되면서 다른 물질을 환원시키는 환원제이다.

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[정답] ③

ㄱ. 황([eqn: rmS])이 이산화 황([eqn: rmSO _{2}])이 될 때 [eqn: rmS]의 산화수는 0에서 +4로 증가하므로 황은 자신이 산화되면서 다른 물질을 환원시키는 환원제이다.

해설

ㄴ. ㉠~㉣에서 각 구성 원자의 산화수는 표와 같다.

물질	㉠	㉡		㉢		㉣
원자	[eqn: rmS]	[eqn: rmS]	[eqn: rmO]	[eqn: rmS]	[eqn: rmO]	[eqn: rmS]	[eqn: rmO]	[eqn: rmH]
산화수	0	+4	-2	+6	-2	+6	-2	+1

따라서 각 원자의 산화수 중 가장 큰 값은 +6이다.

ㄷ. ㉢과 ㉣에서 구성 원자의 산화수는 같으므로 ㉢이 ㉣로 되는 반응은 산화 환원 반응이 아니다.

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[정답] ③

③ (가)와 (나)의 산화수 변화를 나타내면 다음과 같다. 따라서 (가)와 (나)는 산화 환원 반응이다.

해설

(다)는 H의 산화수 +1, N의 산화수 +5, O의 산화수 –2로, 원자들의 산화수 변화가 없으므로 산화 환원 반응이 아니다.

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[정답] ②

화합물에서 Na의 산화수는 +1, O의 산화수는 –2로서 산화수 변화는 다음과 같다.

해설

ㄴ. Cr의 산화수는 +6에서 +3으로 감소한다.

ㄱ. ㉠ C는 산화수가 0에서 +4와 +2로 증가한다. 따라서 C는 자신은 산화되면서 Cr을 환원시켰으므로 환원제이다.

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ㄷ. [eqn: rmNa _{ 2}CO _{ 3}]에서 Na와 O의 산화수는 각각 +1과 –2이므로 ㉡ C의 산화수는 +4이다. 한편, [eqn: RMCO]에서 O의 산화수는 –2이므로 ㉢ C의 산화수는 +2이다.

[정답] ②

첫 번째 반응에서 탄소 원자([eqn: rm C])의 산화수는 0에서 +4로 증가하고, 산소 원자([eqn: rm O])의 산화수는 0에서 –2로 감소하므로 [eqn: rm C]는 산화되고 [eqn: rm O]는 환원된다.

해설

두 번째 반응에서 [eqn: rm Cu]의 산화수는 +2에서 0으로 감소하고, [eqn: rm H]의 산화수는 0에서 +1로 증가하므로 [eqn: rm Cu]는 환원되고 [eqn: rm H]는 산화된다.

[정답] ①

(가)에서는 [eqn: rm N]의 산화수가 –2에서 0으로 증가하고, [eqn: rm I]의 산화수가 0에서 –1로 감소하므로 산화 환원 반응이다.

해설

(나)와 (다)는 모든 원소의 산화수가 변하지 않으므로 산화 환원 반응이 아니다.

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[정답] ③

각 화학 반응식을 완성하면 다음과 같다.

해설

(가) [eqn: rm HNO _{3} `+`NaOH` -> `NaNO _{3} `+`㉠`H _{2} O]

(나) [eqn: rm 3NO _{2} `+`㉠`H _{2} O` -> `2`HNO _{3} `+NO``]

(다) [eqn: rm 2NaOH`+Cl _{2`} ` -> `NaCl`+`㉠`H _{2} O`+`㉡`NaOCl]

ㄱ. (가)는 중화 반응이므로 산화 환원 반응이 아니다. (나)는 N의 산화수가 +4 → +5, +4 → +2로 변화되므로 산화 환원 반응이다. (다)는 Cl의 산화수가 0 → -1, 0 → +1로 변화되므로 산화 환원 반응이다.

ㄷ. ㉡은 [eqn: rm NaOCl]이며, 산화수는 Na +1, O –2이므로 Cl의 산화수는 +1이다.

ㄴ. ㉠은 [eqn: rm H _{2} O]이며, (나)에서 [eqn: rm H _{2} O]에 포함된 H와 O의 산화수는 변하지 않으므로 [eqn: rm H _{2} O]은 산화되거나 환원되지 않는다.

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[정답] ⑤

각 화학 반응식에 있는 원자의 산화수를 나타내면 다음과 같다.

해설

ㄱ. (가)에서 Cu의 산화수가 +2 → 0으로 감소하므로 CuO는 환원된다.

ㄴ. (나)에서 Cu의 산화수가 +1 → 0으로, O의 산화수는 0 → -2로 모두 감소한다.

ㄷ. (다)에서 Cu의 산화수가 0 → +2로 증가하고 N의 산화수가 +5 → +2로 감소하므로, Cu는 산화되고 [eqn: rm HNO _{ 3}]는 환원된다. 따라서 [eqn: rm HNO _{ 3}]은 산화제이다.

[정답] ⑤

환원제는 자신은 산화되면서 다른 물질을 환원시키는 물질이다.

해설

ㄱ. (가)에서 MgO은 마그네슘이 산소와 결합하여 형성된 화합물이므로 산화물이다.

ㄴ. (나)에서 CuO는 산소를 잃어 Cu로 환원되었고 C는 산소를 얻어 [eqn: rmCO _{2}]로 산화되었으므로, C는 환원제이다.

ㄷ. (가)에서 Mg은 전자를 잃고 산화되고, [eqn: rmO _{2}]는 전자를 얻어 환원되었다. 따라서 (가)와 (나)는 모두 산화 환원 반응이다.

[정답] ②

ㄷ. (다)에서 Al은 산화되고, [eqn: rmO _{2}]는 환원되므로 (다)는 산화 환원 반응이다.

해설

ㄱ. (가)에서 C는 산화수가 0에서 +2로 증가하므로 산화된다.

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ㄴ. (나)에서 ㉠은 [eqn: rmCO]이며, [eqn: rmCO _{2}]로 산화된다. 따라서 환원제이다.

[정답] ①

산화수 변화가 있는 원자가 포함되어 있으면 산화 환원 반응이다.

해설

ㄱ. (가)에서 H의 산화수는 H2에서 0이고, H2O에서 +1이므로 산화수가 증가한다. 따라서 H2는 산화된다. 산소의 이동으로 설명하면 H2는 산소를 얻어 H2O이 되므로 산화된다.

ㄴ. (나)에서 C의 산화수는 CO에서 +2이고, CO2에서 +4이므로 산화수가 증가하여 CO는 산화된다. 산소의 이동으로 설명하면 CO는 산소를 얻어 CO2가 되므로 산화된다. 따라서 CO는 자신이 산화되면서 다른 물질을 환원시키는 환원제이다.

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ㄷ. 화합물에서 각 원자의 산화수의 합은 0이다. 따라서 금속의 산화물에서 O의 산화수는 -2이므로 MnO2에서 Mn의 산화수는 +4이고, MnCl2에서 Cl의 산화수는 -1이므로 Mn의 산화수는 +2이다. 즉, Mn의 산화수는 +4에서 +2로 감소한다.

[정답] ①

(가)와 (다)의 반응물에서 Ca과 Mg은 원소 상태로 산화수가 0이고, 생성물에서 Ca과 Mg은 화합물을 이루고 있으므로 산화수가 변한다. 따라서 (가)와 (다)는 산화 환원 반응이다.

해설

ㄱ. (가)에서 Ca의 산화수는 원소 상태인 Ca에서 0이고, CaO에서 +2이다. 따라서 Ca은 산화수가 증가하므로 산화된다.

ㄴ. (나)에서 Ca의 산화수는 CaCO3과 CaO에서 모두 +2이고, C의 산화수는 CaCO3과 CO2에서 모두 +4이며, O의 산화수는 CaCO3, CaO, CO2에서 모두 -2이다. 따라서 CaCO3을 이루는 원자의 산화수는 변하지 않으므로 CaCO3은 산화되거나 환원되지 않는다.

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ㄷ. (다)에서 H의 산화수는 H2O에서 +1이고, H2에서 0이므로 H의 산화수는 감소한다. 따라서 H2O은 환원되므로 자신이 환원되면서 다른 물질을 산화시키는 산화제이다.

[정답] ②

물질을 구성하는 원자의 산화수가 변하는 반응은 산화 환원 반응이다. 이때 산화수가 증가하는 원자를 포함한 물질은 산화되고, 산화수가 감소하는 원자를 포함한 물질은 환원된다.

해설

첫 번째 반응에서 Al의 산화수는 원소 상태인 Al에서 0이고, Al2O3에서 +3이다. 따라서 Al의 산화수가 증가하므로 Al이 산화된다. O의 산화수는 O2에서 0이고, Al2O3에서 -2이다. 따라서 O2를 구성하는 O의 산화수가 감소하므로 O2가 환원된다. 두 번째 반응에서 Mg의 산화수는 원소 상태인 Mg에서 0이고, MgO에서 +2이다. 따라서 Mg의 산화수가 증가하므로 Mg이 산화된다. C의 산화수는 CO2에서 +4이고, 원소 상태인 C에서 0이다. 따라서 CO2를 구성하는 C의 산화수가 감소하므로 CO2가 환원된다.

[정답] ③

산화수가 변하는 원자가 포함된 반응은 산화 환원 반응이고, 산화수가 변하는 원자가 없으면 산화 환원 반응이 아니다.

해설

ㄱ. (가)에서 S의 산화수는 H2S에서 -2이고, 원소 상태인 S에서 0이다. 따라서 (가)는 산화수가 변하는 원자가 있으므로 산화 환원 반응이다.

ㄴ. (나)에서 Li의 산화수는 원소인 Li에서 0이고, LiOH에서는 +1이다. 따라서 Li은 산화수가 증가하므로 자신은 산화되면서 다른 물질을 환원시키는 환원제이다.

ㄷ. (나)에서 H는 화합물과 원소를 구성하는 원자이므로 산화수가 같지 않다. 즉, H2O과 LiOH에서는 +1이고, H2에서는 0이다.

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