산화·환원 반응과 중화 적정
산화·환원 반응의 3단계 정의 (산소, 전자, 산화수)
자연계의 광합성, 세포 호흡, 철의 제련, 연소, 배터리의 방전은 모두 산화·환원 반응(Redox reaction)입니다. 한 물질이 산소를 얻거나 전자를 잃으면 다른 물질은 반드시 산소를 잃거나 전자를 얻으므로, 산화와 환원은 언제나 동시에 일어납니다(산화·환원의 동시성).
| 구분 기준 | 산화 (Oxidation) | 환원 (Reduction) | 핵심 역할 (자신과 남의 관계) |
|---|---|---|---|
| ① 산소()의 이동 | 산소를 얻는 반응 | 산소를 잃는 반응 | 예: (는 산화, 는 환원) |
| ② 전자()의 이동 | 전자를 잃는 반응 | 전자를 얻는 반응 | 예: (은 산화, 는 환원) |
| ③ 산화수(Oxidation number) | 산화수가 증가하는 반응 | 산화수가 감소하는 반응 | 공유 결합 물질의 반응까지 모두 판별 가능 |
| 산화제 / 환원제 명칭 | 남을 환원시키고 자신은 산화됨 = 환원제 | 남을 산화시키고 자신은 환원됨 = 산화제 | 잃은 총 전자 몰수 = 얻은 총 전자 몰수 |
산·염기 중화 반응의 알짜 이온 반응식과 중화 적정 공식
아레니우스 정의에 따라 수용액에서 수소 이온()을 내놓는 물질을 산(Acid), 수산화 이온()을 내놓는 물질을 염기(Base)라고 합니다. 산과 염기가 만나 물()과 염을 생성하는 중화 반응(Neutralization)의 알짜 이온 반응식은 다음과 같습니다:
농도를 모르는 산(또는 염기)에 농도를 정확히 아는 표준 용액을 뷰렛으로 떨어뜨려 완전히 중화되는 중화점(당량점)을 찾는 실험을 중화 적정(Acid-base titration)이라고 합니다. 중화점에서는 산이 내놓은 의 몰수와 염기가 내놓은 의 몰수가 정확히 같으므로 다음 공식이 성립합니다:
1) 황산(H₂SO₄)은 분자 1개당 H⁺를 2개 내놓으므로 가수 n = 2 이고, 부피 V = 20 mL 입니다.
2) 수산화 나트륨(NaOH)은 가수 n' = 1 이고, 몰농도 M' = 0.2 M, 부피 V' = 40 mL 입니다.
3) 중화 적정 공식 nMV = n'M'V' 에 대입합니다:
2 × M × 20 mL = 1 × 0.2 M × 40 mL
40 M = 8 → M = 8 / 40 = 0.2 M 입니다.
지시약의 색 변화와 중화점 판별, 자주 틀리는 오개념
혼합 용액의 액성(산성·중성·염기성)과 중화점을 확인하는 3가지 대표 방법은 다음과 같습니다:
자주 틀리는 오개념 정리:
핵심 요약
- ✓산화는 산소를 얻거나 전자를 잃어 산화수가 증가하는 반응이고, 환원은 산소를 잃거나 전자를 얻어 산화수가 감소하는 반응이다.
- ✓산화·환원 반응에서 산화된 물질이 잃은 전자의 총 몰수와 환원된 물질이 얻은 전자의 총 몰수는 항상 같다.
- ✓산과 염기의 중화 반응 알짜 이온 반응식은 H⁺ + OH⁻ → H₂O 이며, 중화점에서 용액의 온도가 가장 높다.
- ✓중화 적정의 양적 관계는 nMV = n'M'V' 로 계산하며, 중화 반응과 앙금 생성 반응은 산화수가 변하지 않으므로 산화·환원 반응이 아니다.