에탄올 완전연소반응에서 이산화탄소 부피 구하는 법

화학반응에서 질량과 부피의 관계

이전에 암모니아 합성 반응의 양적 관계를 살펴보면서 화학반응에서 계수비는 몰비와 같고, 이는 분자 수비와도 같으며 온도와 압력이 동일한 환경에서는 기체의 경우에 부피비 역시 같다는 것을 정리한 바 있습니다. 그리고, 이를 이용하면 화학반응식에서 반응물과 생성물 중 하나의 질량을 알면 나머지 질량 역시 구할 수가 있죠. 따라서 반응물과 생성물 중 어느 한쪽의 질량으로부터 나머지의 부피를 구하거나, 어느 하나의 부피로부터 나머지의 질량도 구할 수가 있게 됩니다. 바로 0℃, 1기압(atm)에서 기체 1몰의 부피가 22.4l인 것을 알면 됩니다.

2023.11.10 - [과학] - 암모니아(NH3) 합성 반응식의 양적 관계 정리

암모니아(NH3) 합성 반응식의 양적 관계 정리

 

에탄올 23g 완전 연소 반응에서 이산화탄소 부피 구하는 방법

0℃, 1atm에서 에탄올(ethanol, C2H5OH) 23g이 완전히 연소될 때 생성물인 이산화탄소(CO2)의 부피를 구하는 문제를 아래와 같이 정리해 보겠습니다.

 

1. 화학 반응식 작성

우선 아래와 같이 에탄올이 연소하여, 즉 산소와 반응하여 이산화탄소와 물을 생성하는 반응에서 미정계수법으로 화학반응식을 완성시키기 위해 임의의 계수를 a, b, c, d로 넣어서 작성합니다.

 

aC2H5OH + bO2 → cCO2 + dH2O

 

여기서 반응 전후의 원자의 개수가 같아져야 하므로, 아래와 같이 간단한 방정식을 세울 수가 있고, 화합물 압의 계수를 결정해 줍니다.

 

• C 원자수 : 2a = c
• H 원자수 : 6a = 2d
• O 원자수 : a + 2b = 2c + d

 

위에 방정식에서 임의로 a=1을 대입해 주면, c=2, b=3, d=3이 도출이 됩니다. 완성된 화학 반응식은 아래와 같이 정리가 됩니다.

 

C2H5OH(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l)

 

2. 질량을 양으로 변환

반응물인 에탄올의 질량 23g을 양(mol)으로 변환합니다. 에탄올의 분자량을 우선 확인해야 하는데요, 탄소(C) 2개, 수소(H) 6개, 산소(O) 1개이므로 2 x 12g/mol + 6 x 1g/mol + 1 x 16g/mol, 따라서 46g/mol이 되겠죠. 그러므로 에탄올의 양은 23g x mol/46g = 0.5mol이 됩니다.

 

3. 이산화탄소의 양 계산

화학반응식에서 계수비는 몰비와 같으므로 에탄올과 이산화탄소의 계수비가 1:2인 것을 볼 때, 몰비 역시 1:2가 됩니다. 따라서 C2H5OH 0.5mol이 반응하면 CO2는 1mol이 생성이 되겠죠.

 

4. 양을 부피로 전환

이제 CO2의 양은 1mol이고 1mol의 부피는 22.4l이므로 1mol x 22.4l/mol, 따라서 생성되는 CO2의 부피는 22.4l입니다.

---

위의 과정을 거치게 되면 우리는 생성물과 반응물의 부피를 모두 구할 수가 있습니다.