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고등학교 1~2학년 (15-17세)

산-염기 반응

Acid-Base Reaction

산은 물에 녹아 수소 이온 H⁺ 을 내놓고, 염기는 물에 녹아 수산화 이온 OH⁻ 을 내놓아요. pH 는 수소 이온 농도를 로그로 나타낸 값으로, 25 ℃ 에서 7 보다 작으면 산성, 7 이면 중성, 7 보다 크면 염기성이에요. 산과 염기를 섞으면 H⁺ 과 OH⁻ 이 만나 물이 되는 중화 반응이 일어나고, 두 이온의 양이 같아지는 점에서 용액이 중성이 돼요. 그림에서 수소 이온 농도를 바꾸면 pH 눈금 위의 자리가, 넣는 염산의 부피를 바꾸면 비커 속 이온과 물 분자의 수가 달라져요.

산과 염기란

💡 아레니우스의 정의
①산: 물에 녹아 H⁺(수소 이온)을 내놓는 물질
②염기: 물에 녹아 OH⁻(수산화 이온)을 내놓는 물질
③HCl → H⁺ + Cl⁻ (산)
④NaOH → Na⁺ + OH⁻ (염기)

pH 눈금

10⁻³
pH 의 정의
pH = -log[H⁺]
[H⁺] 는 수소 이온의 몰 농도(M)다
물의 자동 이온화
[H⁺] × [OH⁻] = Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴ (25℃)
순수한 물에서는 [H⁺] = [OH⁻] = 10⁻⁷ M 이라 pH = 7 이다
🔍 그림 읽기
①pH < 7 이면 산성으로, [H⁺] 가 [OH⁻] 보다 많다
②pH = 7 이면 중성으로, [H⁺] 와 [OH⁻] 가 같다
③pH > 7 이면 염기성으로, [OH⁻] 가 [H⁺] 보다 많다
④pH 가 1 작아지면 [H⁺] 는 10 배가 되고, 두 막대의 길이 합이 늘 같은 것은 [H⁺] × [OH⁻] 가 일정하기 때문이다

중화 반응

5 mL
중화 반응
H⁺ + OH⁻ → H₂O
산의 H⁺ 과 염기의 OH⁻ 이 만나 물이 된다
중화점 조건
n산 × 가수 = n염기 × 가수
산과 염기에서 몰 농도 × 부피 × 가수가 같다: MVa = M′V′b
💡 중화 적정의 핵심
①NaOH 10 mL 에 같은 농도의 HCl 10 mL 를 넣으면 H⁺ 과 OH⁻ 이 모두 물이 되어 pH = 7 이다
②HCl 이 그보다 적으면 OH⁻ 이 남아 pH > 7, 많으면 H⁺ 이 남아 pH < 7 이다
③중화 반응은 열을 내므로 중화점에서 용액의 온도가 가장 높다
④중화 적정으로 농도를 모르는 산이나 염기의 농도를 알아낸다

직접 풀기

예제 1
0.01 M 염산(HCl) 수용액의 pH를 구하시오. (HCl은 강산, 완전 이온화)
1
HCl 은 강산이라 모두 이온화하므로 [H⁺] 가 염산의 농도와 같다.
[H⁺] = 10⁻² M
2
pH = −log[H⁺] 에 넣는다.
pH = −log(10⁻²) = 2
▸ pH = 2
강산은 농도가 곧 [H⁺] 이므로, 농도를 10 의 거듭제곱으로 쓰면 지수의 부호만 바꿔 pH 를 얻는다.
예제 2
0.001 M 수산화나트륨(NaOH) 수용액의 pH를 구하시오. (25℃)
1
NaOH 는 강염기라 [OH⁻] = 10⁻³ M 이고, pOH = 3 이다.
[OH⁻]=10⁻³ M, pOH=3
2
pH + pOH = 14 를 쓴다.
pH = 14 − 3 = 11
▸ pH = 11
염기는 pOH 를 먼저 구한 뒤 14 에서 빼면 pH 가 된다.

정리

pH 계산
pH = -log[H⁺]
25 ℃ 에서 pH + pOH = 14
2023 평가원 모평 화학Ⅰ 유형 변형
0.1 M HCl 수용액 100 mL를 중화시키는 데 필요한 0.1 M NaOH 수용액의 부피는?
①50 mL
②100 mL
③150 mL
④200 mL
⑤250 mL
▸ ② 100 mL
1
중화점에서는 n(H⁺) = n(OH⁻) 이다.
2
HCl 의 몰수를 구하고, 같은 몰수를 가진 NaOH 의 부피를 계산한다.
n(HCl)=0.1×0.1=0.01 mol → V(NaOH)=0.01/0.1=0.1 L
🎯 시험 포인트
①pH = −log[H⁺]
②pH 가 1 차이 나면 [H⁺] 는 10 배 차이 난다
③중화 반응의 알짜 이온 반응식: H⁺ + OH⁻ → H₂O
④중화점에서는 산과 염기에서 몰 농도 × 부피 × 가수가 같다
⑤강산과 강염기의 중화점은 pH = 7 이고, 약산과 강염기의 중화점은 pH > 7 이다
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기체의 성질

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