메테인 완전연소반응 생성되는 물 질량 구하는 방법

화학반응에서 양적 관계

화학반응식에서 각 물질의 계수비는 반응 몰비와 같기 때문에 반응물 중 하나의 질량이나 부피를 알면 이를 몰(mol)로 환산할 수가 있고, 이를 통해 나머지의 질량이나 부피 역시 구할 수가 있습니다. 화학반응식에서 양적 관계는 정리하면 아래와 같이 나타낼 수가 있죠.

 

계수비 = 몰비 = 분자 수비 = 부피비 ≠ 질량비

 

단 부피비는 온도와 압력이 같은 경우에 한해서 성립한다는 것을 기억해야겠고, 반응 질량비는 반응 계수비와 같지 않다는 것 역시 알고 있어야 하겠죠. 이와 관련하여 암모니아 합성 반응의 양적 관계는 아래 링크를 참고하면 되겠습니다.

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

암모니아(NH3) 합성 반응식의 양적 관계 정리

 

CH4 32g을 완전연소시킬 때 H2O 질량 구하는 방법

메테인 32g을 완전히 연소시킬 때 생성되는 물의 질량을 구하는 문제가 있다고 하면 아래와 같이 풀 수 있습니다.

 

1. 화학 반응식 세우기

우선 화학반응식을 세워야 합니다. 메테인은 CH4, 탄화수소이고 화석연료죠. 완전연소를 시키면 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)이 생성됩니다. 이를 바탕으로 미정계수법을 이용해서 반응식을 완성시킵니다.

 

aCH4 + bO2 → cCO2 + dH2O

 

반응 전후의 원자의 종류와 원자의 개수가 같아지도록 방정식을 세웁니다.

 

C : a = c

H : 4a = 2d

O : 2b = 2c + d

 

여기서 임의로 a=1을 대입하고 c=1, d=2, b=2를 도출합니다. 이제 반응식을 완성하면 되겠죠.

 

CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l)

 

미정계수법은 아래 링크를 참고하시기 바랍니다.

2023.09.11 - [과학] - 미정계수법으로 화학반응식 계수 완성하는 방법

미정계수법으로 화학 반응식 계수 완성하는 방법

 

2. 메테인의 양 계산

메테인(CH4)이 32g이 있고, CH4의 분자량은 12g/mol + 4x1g/mol = 16g/mol이므로 CH4의 양을 구할 수가 있습니다. 32g x mol/16g = 2mol, 따라서 메테인 32g의 양은 2mol입니다.

 

3. 생성물의 양 계산

위의 반응식으로부터 우리는 CH4와 H2O의 계수비가 1:2라는 것을 알 수가 있죠. 이를 바탕으로 몰비 역시 1:2가 되므로 CH4 2몰이 반응하면 H2O 4몰이 생성됩니다.

 

4. 몰을 질량으로 변환

H2O의 분자량은 2x1g/mol + 16g/mol = 18g/mol이고, 생성되는 H2O의 양은 4mol이므로 4mol x 18g/mol = 72g, 따라서 CH4 32g이 완전연소될 때 생성되는 물(H2O)의 질량은 72g입니다.

 

위와 같은 방법으로 생성되는 이산화탄소(CO2)의 양이나 반응에 필요한 산소(O2)의 양도 구할 수가 있겠죠.