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중학교 3학년 (14-15세)

일정 성분비 법칙

Law of Definite Proportions

강물에서 떠 온 물이든 실험실에서 수소를 태워 얻은 물이든, 물속 수소와 산소의 질량비는 언제나 1 : 8이에요. 한 화합물을 이루는 원소의 질량비가 늘 일정하다는 이 사실이 일정 성분비 법칙이에요. 구리를 가열해 산화 구리(Ⅱ)를 만들 때도 구리와 산소는 늘 4 : 1의 질량비로 결합해요. 구리 원자와 산소 원자가 1 : 1로 결합하는데 구리 원자가 산소 원자보다 4배 무겁기 때문이에요. 그림에서 산소를 4 g으로 두고 구리의 양을 바꾸면, 비율에 맞는 만큼만 산화 구리가 되고 넘치는 쪽은 반응하지 못하고 남아요. 그래서 이 법칙을 알면 어떤 물질이 얼마나 남는지도 계산할 수 있어요.

화합물은 늘 같은 비율로 결합한다

🧩 바뀌지 않는 조리법
①물 분자는 언제나 수소 원자 2개와 산소 원자 1개로 이루어진다
②그래서 물을 어디서 얻든 수소와 산소의 질량비는 1 : 8로 같다
③프루스트가 여러 곳의 화합물을 분석해 이 법칙을 처음 밝혔다
④그림에서는 산소를 4 g으로 정해 두고 구리의 양만 바꾼다
16 g

남는 물질은 어떻게 될까

🔍 비율을 넘는 몫은 남는다
①구리 16 g + 산소 4 g → 산화 구리 20 g. 비율이 딱 맞아 남는 것이 없다
②구리 24 g + 산소 4 g → 산화 구리 20 g, 구리 8 g이 남는다
③구리 8 g + 산소 4 g → 산화 구리 10 g, 산소 2 g이 남는다
④반응한 질량의 합은 언제나 생긴 산화 구리의 질량과 같다(질량 보존)

총정리

일정 성분비 법칙
한 화합물을 이루는 성분 원소의 질량비는 항상 일정하다
예: 산화 구리(Ⅱ) CuO에서 구리 : 산소 = 4 : 1(질량비)
물의 성분비
H₂O → 수소 : 산소 = 1 : 8 (질량비)
수소 1 g과 산소 8 g이 반응하면 물 9 g이 생긴다
🎯 시험에서 자주 묻는 것
①일정 성분비 법칙: 화합물을 이루는 원소의 질량비는 항상 일정하다
②물 H₂O: 수소 : 산소 = 1 : 8
③산화 구리(Ⅱ) CuO: 구리 : 산소 = 4 : 1
④비율을 넘게 넣은 물질은 반응하지 못하고 남는다
⑤구리 질량-산화 구리 질량 그래프는 원점을 지나는 직선이고, 산소가 다 떨어지면 꺾여 수평이 된다

예제와 단원평가

예제 1
산화 구리(Ⅱ)에서 구리와 산소는 늘 4 : 1의 질량비로 결합한다. 구리 16 g을 모두 반응시키는 데 필요한 산소는 몇 g이고, 산화 구리는 몇 g 생기는가?
1
구리 : 산소 = 4 : 1이므로 필요한 산소는 16 ÷ 4 = 4 g이다.
2
질량 보존에 따라 생기는 산화 구리는 16 g + 4 g = 20 g이다.
▸ 산소 4 g이 필요하고, 산화 구리 20 g이 생긴다
구리를 32 g으로 늘리면 산소도 8 g이 있어야 하고, 산화 구리는 40 g이 된다. 비율은 그대로이다.
예제 2
구리 24 g과 산소 4 g을 반응시켰다. 산화 구리는 몇 g 생기고, 어떤 물질이 몇 g 남는가? (구리 : 산소 = 4 : 1)
1
산소 4 g과 반응할 수 있는 구리는 4 × 4 = 16 g이므로, 산화 구리는 16 + 4 = 20 g이 생긴다.
2
넣은 구리 24 g 가운데 16 g만 반응하므로 구리 24 − 16 = 8 g이 남는다.
▸ 산화 구리 20 g이 생기고, 구리 8 g이 남는다
남는 쪽을 찾으려면 두 물질 가운데 비율보다 부족한 쪽이 어느 것인지 먼저 확인한다.
단원평가 유형
일정 성분비 법칙에 대한 설명으로 옳은 것은?
①화합물의 성분 원소 질량비는 만드는 방법에 따라 달라진다
②물(H₂O)에서 수소와 산소의 질량비는 1 : 8이다
③정해진 비율보다 많이 넣은 물질도 모두 반응한다
④일정 성분비 법칙은 혼합물에서도 성립한다
⑤산화구리에서 구리와 산소의 질량비는 1 : 4이다
▸ ② 물(H₂O)에서 수소와 산소의 질량비는 1 : 8이다
1
화합물의 성분 원소 질량비는 항상 일정하고(①X), 정해진 비율을 넘는 물질은 반응하지 못하고 남는다(③X).
2
일정 성분비 법칙은 화합물에서만 성립하며 혼합물은 비율이 일정하지 않고(④X), 산화구리에서 Cu : O = 4 : 1이다(⑤X). 물에서 H : O = 1 : 8이다(②O).
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