중화와 적정
0.100 M 염산 25.00 mL에 0.100 M 수산화 나트륨을 넣으면 24.9 mL에서 25.1 mL 사이에 pH가 3.70에서 10.30으로 뜁니다.
끌어서 돌리고, 휠이나 두 손가락으로 확대하세요.
산이 염기를 만나면, 산에서 나온 하이드로늄 이온과 염기에서 나온 수산화 이온이 서로 결합해 물이 됩니다. H₃O⁺ + OH⁻ → 2H₂O. 그리고 나머지 이온들은 염(salt)으로 남습니다. 예를 들어 염산과 수산화 나트륨이 만나면 염화 나트륨과 물이 생깁니다. HCl + NaOH → NaCl + H₂O. 황산은 내놓을 양성자가 두 개이므로, 중화하려면 수산화 나트륨이 두 단위 필요합니다. H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O. 이런 종류의 반응을 중화 반응(neutralization)이라고 합니다.
위 속의 제산제
위 속에는 약 0.03 M 염산 용액이 들어 있어서 음식을 소화하는 일을 돕습니다. 이 염산만으로도 pH는 약 1.5가 됩니다. 속쓰림은 이 산의 일부가 위에서 식도로 새어 올라올 때 생기는데, 식도 안쪽 벽은 산을 막아 주는 보호막이 없습니다. 제산제는 이렇게 지나치게 많은 산을 중화하는 염기입니다. 그 가운데 하나인 마그네시아 유제는 수산화 마그네슘을 물에 고루 퍼뜨린 현탁액(suspension)입니다. Mg(OH)₂ + 2HCl → MgCl₂ + 2H₂O. 반응식을 보면 Mg(OH)₂ 한 단위가 HCl 두 단위를 중화합니다. OpenStax에 따르면 마그네슘 제산제는 설사를 일으킬 수 있고, 수산화 알루미늄은 반대로 변비를 일으키기 쉽습니다. 그래서 두 성분을 섞어 만든 제품도 있습니다. 여기 적은 내용은 일반적인 정보일 뿐이며 의학적 조언이 아닙니다.
적정: 모르는 산의 농도 재기
중화 반응은 화학자에게 농도를 재는 방법 하나를 줍니다. 적정에서는 농도를 이미 아는 용액을 씁니다. 이 용액을 적정액(titrant)이라고 하며, 뷰렛에서 조금씩 떨어뜨려 부피를 잰 미지 용액에 넣습니다. 두 용액이 반응식의 비율대로 정확히 반응할 때까지 계속 넣습니다. 바로 그 순간을 당량점(equivalence point)이라고 합니다. 예를 들어 0.100 M 염산 25.00 mL에 산이 0.100 × 0.02500 = 0.00250 mol 들어 있다면, 이 산을 중화하려면 NaOH가 정확히 0.00250 mol 필요합니다. 이것은 0.100 M NaOH 용액으로 25.00 mL에 해당합니다.
실험실에서 염기를 조금씩 넣으면서 pH가 어떻게 바뀌는지 지켜보세요. 처음에는 pH가 아주 천천히 올라서, 20.0 mL를 넣은 뒤에도 겨우 1.95일 뿐입니다. 그러다 당량점에 가까워지면 갑자기 치솟습니다. 24.9 mL와 25.1 mL 사이는 고작 몇 방울 차이인데, 그 사이에 pH가 3.70에서 10.30으로 뛰어오릅니다. 강산과 강염기를 적정하면 당량점은 pH 7.00 입니다. 생긴 염화 나트륨이 물과 반응하지 않기 때문입니다. 당량점을 지나면 남는 수산화 이온이 pH를 정하고, 곡선은 다시 완만해져 50.0 mL에서 12.52에 이릅니다.
약산과 지시약 고르기
실험실을 아세트산으로 바꿔 보세요. 이번에는 곡선이 pH 2.87로 더 높은 곳에서 시작하고, 올라가는 모양도 더 완만합니다. 당량점까지 가는 길의 절반인 12.50 mL에서는 산의 절반이 아세트산 이온으로 바뀌어 있고, 이때 pH는 pKa와 같아져 약 4.74가 됩니다. 당량점에 이르면 플라스크 안에는 아세트산 나트륨이 들어 있습니다. 그런데 아세트산 이온은 약한 염기이므로, 이때 pH는 7이 아니라 8.72 입니다. 이 차이는 어떤 지시약을 고를지에 큰 영향을 줍니다. 8.3과 10 사이에서 바뀌는 페놀프탈레인은 두 곡선 모두의 가파른 구간에 걸쳐 있습니다. 반면 메틸 오렌지는 아세트산을 적정할 때 처음 몇 mL를 넣는 사이에 너무 일찍 색이 바뀌므로, 결국 틀린 답을 주게 됩니다.
| 넣은 NaOH (mL) | pH, 0.100 M 염산 | pH, 0.100 M 아세트산 |
|---|---|---|
| 0.0 | 1.00 | 2.87 |
| 12.5 | 1.48 | 4.74 |
| 24.9 | 3.70 | 7.14 |
| 25.0 | 7.00 | 8.72 |
| 25.1 | 10.30 | 10.30 |
| 50.0 | 12.52 | 12.52 |
- HCl + NaOH → ? + H₂O 에서 염은?
- NaCl
- NaH
- ClOH
- Na₂O
- 0.100 M 염산 25.00 mL에 든 HCl은 몇 mol?
- 0.100 M 염산 25.00 mL를 중화하는 0.200 M NaOH는 몇 mL?
- 염산 20.00 mL에 0.100 M NaOH 16.00 mL가 들었습니다. 염산의 농도는 몇 M?
- 염산을 NaOH로 적정할 때 당량점의 pH는?
- 아세트산을 NaOH로 적정할 때 당량점이 7보다 높은 까닭은?
- 아세트산 이온이 약한 염기여서
- 아세트산이 강산이어서
- NaOH가 약해서
- 물이 끓어서
- 아세트산 적정에 알맞은 지시약은?
- 페놀프탈레인
- 메틸 오렌지
- 쓸 수 있는 것이 없음
- 아무 지시약이나
- Mg(OH)₂ 0.010 mol은 HCl 몇 mol을 중화할까?
- 약산 적정의 절반 당량점에서 pH는 무엇과 같을까?
- 산의 pKa
- 7
- 14
- pKw
- 위산은 약 0.03 M 염산입니다. pH는(소수 첫째 자리까지)?
- 중화: 산 + 염기 → 염 + 물. 알짜 반응은 H₃O⁺ + OH⁻ → 2H₂O.
- 적정은 당량점까지 넣은 적정액의 부피로 모르는 농도를 구합니다.
- 강산과 강염기는 당량점이 pH 7.00, 약산과 강염기는 7보다 높으므로(아세트산 8.72) 페놀프탈레인을 씁니다.
이 과정의 출처 (10)
- OpenStax Chemistry 2e (openstax.org/books/chemistry-2e): 4.2 neutralization and antacids (stomach roughly 0.03 M HCl, milk of magnesia Mg(OH)2, Al(OH)3)
- 14.1 Brønsted-Lowry acids and bases (Boyle 1680, Davy 1815, Arrhenius 1884, Brønsted and Lowry 1923, autoionization about two in a billion molecules, Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴ at 25 °C, about 5.6 × 10⁻¹³ at 100 °C)
- 14.2 pH and pOH (pH = −log[H3O+], stomach acid 1.2 × 10⁻³ M gives 2.92, vinegar about 4 × 10⁻³ M gives 2.4, blood 7.3, KOH 0.0125 M gives 12.10, neutral pH 6.31 at 80 °C, rainwater 5 to 6, acid rain below 5, pH meter resolution 0.001, Figure 14.2: 1 M HCl 0, gastric juice about 1.5, lime juice about 2, wine about 3.5, coffee about 5, milk of magnesia about 10.5)
- 14.3 relative strengths (six strong acids and six strong bases, Ka, percent ionization, 0.100 M acetic acid 1.3%)
- 14.6 buffers (normal blood pH about 7.4)
- 14.7 titrations (25.00 mL of 0.100 M HCl or acetic acid with 0.100 M NaOH, Table 14.2, equivalence pH 7.00 and 8.72, half-equivalence pH = pKa, Ka acetic acid 1.8 × 10⁻⁵, methyl orange Ka 4.0 × 10⁻⁴ red HIn and yellow In⁻, interval about pKa ± 1, phenolphthalein colourless below pH 8.3)
- LibreTexts Acid-Base Indicators (litmus about 5 to 8, methyl orange 3.1 to 4.4, phenolphthalein 8.3 to 10.0; chem.libretexts.org) and bromothymol blue 6.0 to 7.6 yellow to blue (Prairie South indicator table via LibreTexts Chemistry 30)
- PubChem acetic acid pKa 4.76 at 25 °C, sodium bicarbonate 0.1 M pH 8.3, ammonia 0.1 N pH 11.1, sodium hydroxide (pubchem.ncbi.nlm.nih.gov)
- NOAA Ocean acidification (noaa.gov: surface ocean pH has fallen by 0.1 since the industrial revolution, about a 30 percent increase in acidity)
- IUPAC CIAAW abridged standard atomic weights.
확인한 날: 2026-10-17