가 생성됨을 알 수 있다.
의 밀도는 0.08988g/L (STP - 0℃, 1기압)이므로 13ml의 의 몰수는
= 0.00057 mol 즉, 약 0.00057 mol이 생성되므로 약간의 오차는 존재하지만 양론 계수는 일치한다.
3. 만약 알루미늄(Al)을 가지고 실험을 하였다면, 같은 부피의 수소 기체를 생성하는데 필요한 Mg과 Al의 질량비와 두 금속의 원자량 비에는 어떠한 관계가 있을 것으로 예상되는가? 그리고 이 관계는 무엇을 말해주는가?
같은 부피의 수소 기체를 생성하는데 필요한 Mg와 Al의 질량비는 3:2 이다. 이때, 질량비는 균형 맞춘 화학 반응식의 계수 비인 몰수 비에 비례한다.
Al의 몰질량은 26.98g/mol, Mg의 몰질량은 24.31g/mol으로 두 금속의 원자량비는 약 27:24 = 9:8 이라고 할 수 있다. 앞서 언급했듯이, 질량비와 몰수 비는 비례하지만, 질량비와 원자량 비에서는 밀접한 관련성을 찾기 어렵다.
다만, (금속의 원자량) × (같은 부피의 수소 기체를 생성하는데 필요한 금속의 몰수)는 (같은 부피의 수소 기체를 생성하는데 필요한 금속의 질량)에 비례한다는 관계가 있다.
4. 실험 Part I의 Mg와 HCl의 반응에서 한계반응물(limiting reagent)은 어느 것인가? 또한 Part II의 Zn와 HCl의 반응에서 한계반응물은 어느 것인가? 이 실험에서 한계반응물은 항상 같은 반응물인가?
PartⅠ의 반응에서 한계 반응물은 금속의 질량이 0.16g일 때 까지는 Mg이었다가, 금속의 질량이 0.2g일 때에는 HCl이다.
더 많은 질량의 Mg를 반응시켜 주었으나, 생성된 수소의 부피가 일정하였던 점에서 한계반응물이 HCl로 바뀌었다는 점을 알 수 있다.
또한, 1~6회까지 실험에서의 한계 반응물이 Mg임을 알 수 있는 이유는 다음과 같다.
12.0 mL HCl = 14.16g HCl ( )
에 따라, 12.0mL의 HCl이 전부 반응하기 위해서는 0.1942mol의 Mg가 필요하다.
따라서, Mg가 한계반응물이다.
Part Ⅱ 의 반응에서 한계 반응물은 Zn이다.
그 이유는 두 가지로 설명할 수 있다.
첫째로, 반응시키는 Zn의 양 즉, 반응시키는 금속의 질량을 증가시킬 때마다, 발생하는 수소의 부피도 증가한다.
둘째로, 다음과 같은 계산으로 설명할 수 있다.
10.0 mL HCl = 11.8g HCl ( )
에 따라, 10.0mL의 HCl이 전부 반응하기 위해서는0.162mol의 Zn가 필요하다.
따라서, Zn가 한계반응물이다.
5. 이 실험에서 Mg의 경우에는 1.0 M의 염산 용액을 사용하고, Zn의 경우에는 8.0 M의 염산을 사용한 이유는 무엇인가?
Zn이 Mg보다 반응성이 작으므로 반응이 매우 느리게 진행된다. 따라서 Mg보다 더 몰농도가 짙은 염산을 사용함으로써, 보다 반응이 빠르게 진행되도록 돕는다.
참고문헌
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일반화학, Steven S. Zumdahl, Cengage, 2018, 122쪽