산과 탄산칼슘 반응으로 이산화탄소 생성 반응식

탄산칼슘(CaCO3)

산의 특징 중 하나로, 산이 달걀 껍데기와 반응하면 이산화탄소가 생성이 됩니다. 이는 산이 달걀 껍데기의 주성분인 탄산칼슘(CaCO3)과 반응을 하는 것인데, 달걀 껍데기 외에도 석회석이나 대리석, 조개껍데기 등과 만나서 반응을 한다면 이는 모두 탄산칼슘으로 간주하여 생각하면 됩니다. 참고로, 주요하게 다루어지는 산의 특징 중 금속과 반응하여 수소를 발생시키는 반응은 아래 링크를 참조하시기 바랍니다.

2023.11.16 - [과학] - 산이 금속과 반응하여 수소를 발생시키는 반응식

산이 금속과 반응하여 수소를 발생시키는 반응식

 

탄산칼슘과 산의 반응으로 이산화탄소 생성

달걀 껍데기, 석회석, 대리석(marble chip), 조개껍데기 등 탄산칼슘과 염산이 반응하는 것을 예로 들어보면, 아래와 같은 분자 반응식으로 표현할 수 있습니다. 염산이 아니라 다른 산을 적용해도 마찬가지이므로, 쉽게 이해할 수 있을 것입니다.

 

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2CO3

탄산칼슘 + 염산 → 염화칼슘 + 탄산

 

여기서 발생한 탄산(H2CO3)은 수용액에서 이온 상태로 존재하게 되고, 또한 탄산으로부터 이산화탄소(CO2, carbon dioxide)와 물(H2O)이 생성이 됩니다.

 

H2CO3 → 2H^(+) + CO3^(2-)

H2CO3 → CO2↑ + H2O

 

따라서 최종 분자 반응식을 작성해 보면 아래와 같이 쓸 수가 있습니다.

 

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2↑ + H2O

산과 탄산칼슘의 반응으로 이산화탄소 생성

 

참고로, 산화되는 물질도, 환원되는 물질도 없으므로 이 반응은 산화환원 반응(redox)이 아닙니다. 그리고, 위와 같이 발생한 이산화탄소(CO2)는 석회수를 통해 검출될 수 있다는 것을 기억하고 있으면 됩니다. (아래 링크 참조) 이산화탄소가 발생하는 반응은 석회수를 통해 검출하는 것까지 연계하여 알면 좋겠습니다.

2023.07.26 - [과학] - 석회수와 이산화탄소의 반응

석회수와 이산화탄소의 반응

 

그리고, 여기서 한가지 더 기억해야 되는 것은 탄산칼슘은 염기성염으로 염기성 물질입니다. 산과 반응할 때 산염기반응이 일어나므로 물이 생성되는 것으로 알 수 있죠. 아래 링크를 함께 꼭 참조하시기 바랍니다.

 

2024.01.10 - [과학] - 탄산칼슘(CaCO3)이 염기성인 이유

탄산칼슘(CaCO3)이 염기성인 이유

 

탄산칼슘과 염산의 반응 양적 관계

탄산칼슘과 염산의 반응에서 만약 이 반응을 실험을 통해 양적 관계를 확인한다고 할 때 플라스크 입구가 막혀있지 않은 상태에서 질량을 측정해 보면 반응물인 탄산칼슘과 염산의 합산 질량 대비해서 생성물의 질량이 감소하게 되는데 기체인 이산화탄소가 발생하면서 플라스크를 빠져나가게 되기 때문입니다.

 

탄산칼슘과 염산의 반응을 플라스크에서 질량을 재면서 변화를 관찰할 수 있다.

 

 

화학반응식을 살펴볼 때 탄산칼슘과 이산화탄소의 몰비가 1:1인 것을 알고 있으므로 탄산칼슘의 질량 및 양(mol)과 생성된 이산화탄소의 질량 및 몰을 아래와 같이 정리할 수 있습니다. (C, O, Ca의 원자량을 각각 12, 16, 40으로 계산)

반응한 탄산칼슘의 질량 (g)	1	2	3	5
반응한 탄산칼슘의 양 (mol)	0.01	0.02	0.03	0.05
생성된 이산화탄소의 양 (mol)	0.01	0.02	0.03	0.05
생성된 이산화탄소의 질량 (g)	0.44	0.88	1.32	2.2

 

탄산칼슘의 분자량은 100, 이산화탄소의 분자량은 44이므로 이산화탄소 0.01mol은 0.01mol x 44g/mol = 0.44g와 같은 방식으로 계산을 하면 됩니다.