Ⅱ.

화학

반응에서의

규칙성

86 Ⅱ. 화학반응에서의규칙성

2화학반응에서의질량관계

중단원 미리 보기

자전거를이루는부품들의관계

자전거는손잡이, 몸체, 체인, 페달, 바퀴등으로이

루어져있다. 이중에서어느하나라도없으면자전

거를만들수없고, 각각의질량을합하면자전거의

전체질량과같다. 자전거두대를만들려면각부품

은몇개가필요할까?

2-1 질량보존법칙 2-2 일정성분비법칙 2-3 화학반응식

▶자전거를두대만들기위해서는자전거한대를만들때필요한부품의두

배가필요하다. 또한부품의모든질량을합하면자전거전체의질량과같다.

단원의 개념 구조

화학의기본법칙

•질량보존법칙•일정성분비법칙

•아보가드로법칙•기체반응법칙

086~111 2단원②-ok 2014.12.24 6:44 PM 페이지86 DK

2. 화학반응에서의질량관계 87

수소와산소가화합하여물이되는것은대표적인화학반응이다. 이때반응전수소와산소의질량의

합은반응후물의질량과어떤관계가있으며, 물을분해하여얻은수소와산소의질량사이에는어떤관

계가있을까? 또이러한화학반응을간단한식으로표현할수있을까?

식물의광합성반응식

녹색 식물은 빛에너지를 이용해 이산화 탄소와

물로부터포도당과산소를만든다.

6CO™ + 6H™O ⁄ C§H¡™O§ + 6O™

이산화탄소 물 포도당 산소

이산화탄소와물, 산소의계수‘6’은어떤의미

가있을까?▶화학반응식에서분자식앞에쓰는계수는분자의개수를의미한다.

따라서위의반응식은이산화탄소 6분자와물 6분자가반응하여포도

당1분자와산소6분자가생성된다는것을나타낸다.

086~111 2단원②-ok 2014.12.24 6:45 PM 페이지87 DK

Ⅱ.

화학

반응에서의

규칙성

88 Ⅱ. 화학반응에서의규칙성

질량 보존 법칙2-1

양초조각을가열하면녹아서액체상태로변하고, 설탕을물에녹이면물속의

설탕이눈에보이지않는다. 이러한변화가일어날때질량은어떻게될까?

양초가녹거나설탕이물에녹는것은물리변화이므로, 물질의상태나모양또

는부피가변하지만물질본래의성질은변하지않는다. 이것은물질을이루는분

자의배열은변하지만분자의종류는변하지않기때문이다. 또물리변화가일어

날때에는분자의수가변하지않기때문에질량도변하지않는다.

그러면물질을이루는원자의배열이달라지는화학변화가일어날때물질의

질량은어떻게될까?

그림Ⅱ-̀̀21 양초의융해 그림Ⅱ-̀̀22 설탕의용해

고체 양초 액체 양초 물

분자

설탕

분자

용해되기 전 용해된 후

➞➞

•여러 가지 화학 반응에서 반응

전후에질량이보존됨을설명할

수있다.

•모형을 이용해 질량 보존 법칙

을설명할수있다.

학습 목표

우리는여러가지모양의양초를직접만들어실내장식을하거나선물을하기도한

다. 양초 공예를할때에는우선양초의재료인파라핀을녹여염료와향료를섞는다.

원하는모양의틀가운데에심지를세우고녹인파라핀을부어완전히굳힌다음양초

를틀에서떼어내면완성된다.

이때녹이기전과후파라핀의질량은같을까? 또양초에불을켜놓으면양초의질

량은어떻게변할까?

융해와용해

•융해: 고체 상태의 물질이 녹아

액체상태로변하는것을말한다.

•용해: 한물질이다른물질에녹

아고르게섞이는과정을말한다.

⋯ •물리변화에서변화전과후의

질량이변하지않는다는것을알게한다.

•녹슨동전이화학변화할때반응전후에

질량이보존됨을알게한다.

•메테인의연소반응을이용하여화학변

화에서질량보존법칙이성립하는이유

를설명할수있게한다.

•모형을이용하여앙금생성반응, 금속의

부식, 양초의연소반응에서도질량보존

법칙이성립됨을설명할수있게한다.

Tip수업

086~111 2단원②-ok 2014.12.24 6:46 PM 페이지88 DK

2. 화학반응에서의질량관계 89

녹슨 동전의 변화를 통해 화학 변화

에서질량이보존됨을설명할수있다.

진한 암모니아수, 녹슨 10원짜리 동

전 3~4개, 뚜껑이 있는 유리 용기,

눈금실린더, 전자저울, 핀셋

과정

목·표

준·비·물

❸녹슨동전을핀셋으로유리용기에넣은

다음 용기 안의 변화를 관찰한다. 그리

고 10분 정도가 지나면 용기의 질량을

측정한다.

❶유리용기에진한암모니아수를 50 mL

정도넣고뚜껑을닫아질량을측정한다.

❷녹슨 10원짜리동전 4개의질량을측정

한다.

실험녹슨동전이화학변화할때의질량보존

결과

1진한암모니아수와녹슨동전은각각어떻게변하는가?

2실험과정에서측정한질량을다음표에정리해보자.

3결과 2에서의질량은어떤관계가있는가?

유·의·점

1. 암모니아기체를직접들이마시지

않도록한다.

2. 통풍이잘되는곳에서실험한다.

3. 사용하고 난 암모니아수는 약품

수거 용기에 버려서 환경 오염을

방지한다.

실험과정 ❶ ❷ ❸

질량(g)

화학변화가일어나기전과후의질량변화를설명해보자.

해석

탐구 활동

⋯ 1. 동전의 녹이 눈에 뜨일

만큼 제거되려면 오랜 시간이 필요

하다. 따라서진한암모니아수의색

깔 변화가 나타나는 정도까지 실험

을진행한다.

2. 진한 암모니아수를 사용하는 것이

어렵다면진한염산을사용해도실

험이가능하다. 이때에는진한염산

의색이노란색으로변한다.

Tip수업

▶녹슨동전의녹이녹아서진한암모니아수의색이무색에서파란색으로변한다. 그러나10분정도의시간으로

는동전에서녹이제거된것을관찰하기는어렵다.

▶(①+②)의질량=③의질량

▶진한암모니아수와동전이반응하여화학반응이일어난후의질량을측정한과정❸의질량이과정❶과❷의

질량의합과같으므로반응전과후의질량은변화가없다는것을알수있다.

278.72 10.45 289.17

086~111 2단원②-ok 2014.12.24 6:46 PM 페이지89 DK

1789년프랑스의과학자라부아지에(Lavoisier, A. L., 1743~1794)는설

탕을발효시켜알코올을얻는실험을하였다. 이때설탕을포함하여실험에사용

된물질의전체질량을측정하고, 발효가된후알코올을포함한생성물질의전

체질량을측정하여발효가일어나기전과후의질량이같다는사실을발견하였

다. 이와같이변화전의전체질량과변화후의전체질량은항상같다는것을질

량보존법칙이라고한다.

질량보존법칙이성립하는이유는어떻게설명할수있을까?

이설명을위해돌턴은원자설을제안했는데, 원자설에의하면원자는화학변

화가일어나는동안새로생기지도않고없어지지도않는다. 메테인의연소반

응에돌턴의원자설을적용시켜보면질량보존법칙이성립하는이유를알수

있다.

메테인의연소반응은메테인이산소와반응하여이산화탄소와물이생성되는

반응이다. 메테인 1분자가연소할때에는산소 2분자가필요하며, 이때이산화

탄소 1분자와물 2분자가생성된다.

90 Ⅱ. 화학반응에서의규칙성

표에의하면원자의종류와개수는반응하는과정에서변하지않는다는것을알

수있다. 즉, 메테인의연소반응에서반응한물질과생성된물질은다르지만, 반

응전후물질을구성하는원자의종류와개수는변하지않기때문에전체질량은

보존되는것이다.

이와같은이유로암모니아수에녹슨동전을넣었을때녹슨동전과암모니아수

의질량을합한값은녹이녹은동전과색이변한암모니아수의질량을합한값과

같다.

구분 반응전 반응후

탄소원자

수소원자

산소원자

1개

4개

4개

1개

4개

4개

표Ⅱ-̀̀1 메테인의연소반응전후에참여한원자의개수

그림Ⅱ-̀̀23 메테인의연소반응

메테인 산소 이산화탄소 물

++

우유에 식초를 떨어뜨리면 단

백질이 응고된다. 이때 반응

전의질량과반응후의질량은

( ).

스스로해결하기

식초

우유

메테인의연소반응

⑴메테인, 이산화탄소, 물분자의구조

①메테인: 정사면체의 꼭지점에 4개의 수소 원자가

있고, 그중심에탄소원자가위치한구조이다.

②물: 산소원자를중심으로양쪽에수소원자가위

치하고있으며, 이 세원자의중심은약 104.5˘를

이루는굽은구조이다.

③이산화 탄소: 탄소 원자를 중심으로 양쪽에 산소

원자가위치하고있으며, 이세원자의중심은동일

직선상에있다.

⑵메테인의연소반응에서반응하는분자수돌턴의원자

설에의하면화학변화에서원자는쪼개지지않고, 새

로생기거나없어지지않는다. 따라서메테인의연소

반응에서메테인과산소가 1분자씩반응하는것이아

니라메테인 1분자에산소 2분자가반응하여이산화

탄소 1분자와물 2분자가생성된다. 이와관련해서는

‘2̀-3화학반응식’에서자세히다룬다.

OO C

H HO

H

H

HH C

메테인

이산화탄소

물

같다

086~111 2단원②-ok 2014.12.24 6:47 PM 페이지90 DK

2. 화학반응에서의질량관계 91

고체양초가융해되거나설탕이용해되는것과같이물질의성질이변하지않는

물리변화뿐만아니라, 메테인의연소반응과같이새로운물질이생성되는화학

변화에서도물질을이루는원자의종류와수는변하지않기때문에질량보존법

칙이성립한다.

물리변화와화학변화에서반응전과반응후의질량을비교해보자.

염화나트륨수용액과질산은수용액을섞었을때흰색앙금의염화은이생겼

으나반응전후질량이보존되는이유는무엇일까? 그것은염화나트륨수용액의

염화이온과나트륨이온, 질산은수용액의질산이온과은이온의개수가반응

후에도변하지않았기때문이다.

여러가지반응에서의질량보존

연소반응외에앙금생성반응에서도질량보존법칙이성립한다. 염화나트륨

수용액과질산은수용액을각각넣은두비커의질량을함께측정하고, 두용액

을섞어앙금이생성된후의질량을측정하여비교하면질량이같다.

➞

그림Ⅱ-̀̀24 염화나트륨과질산은의앙금생성반응에서의질량보존

반응전 반응후

그림Ⅱ-̀̀25 염화나트륨과질산은의앙금생성반응모형

염화나트륨

수용액

질산은

수용액 염화은 빈비커

➞염화 이온

나트륨 이온

은 이온

질산 이온

염화 은 (흰색 앙금)

염화나트륨 질산은 염화은+ 질산나트륨

▶라부아지에는이화학변화전과후의모든물질을분석하여그중의수소, 산소, 질소,

탄소의질량퍼센트(%)를산출한후, 이분석값과위의파운드값으로부터화학변화전후

의각원소의질량은변하지않는다는것을증명하여질량보존법칙이성립함을보였다.

▶물리변화와화학변화모두물질을이루는분자또는원자의종류와수가변하지않으므로

반응전과후의질량은변하지않는다.

앙금생성 반응의 생성물 얻는

방법

반응이끝난후혼합용액을거름

종이로걸러주면앙금은거름종이

에걸러지고, 나머지는물질(염)은

물속에이온상태로들어있어거

름종이를통과하므로수용액을가

열하여 물을 증발시키면 얻을 수

있다.

086~111 2단원②-ok 2014.12.24 6:47 PM 페이지91 DK

92 Ⅱ. 화학반응에서의규칙성

그림Ⅱ-̀̀26 손난로내용물의반응전후질량보존(용기가닫혔을때)

➞

금속은우리주변에서다양하게사용되는데, 그중에서도철을이용해만든물

건을많이볼수있다. 그러나철은물이나산소와만나면쉽게녹스는성질이있

으며녹슨철은녹이슬기전보다질량이크다. 이경우질량보존법칙은성립하

지않는것일까?

철, 활성탄등으로이루어진손난로는흔들어주면철가루가공기중의산소와

결합하면서열이발생하는원리를이용한것이다. 이손난로의내용물을뚜껑이

있는용기에넣어밀폐한후질량을측정하고, 용기를흔들어서열이나는것을

확인한다음다시질량을측정하면반응전후질량이같다. 이때질량이보존되는

이유는용기안의산소가손난로의철가루와결합할때용기안에있는원자의종

류와수는변하지않기때문이다.

반면, 뚜껑을열고용기를흔들

어준다음질량을측정하면흔들

기전보다질량이증가한다. 이것

은용기의뚜껑을열었을때에는

공기중의산소가더들어가철과

반응하기 때문에 질량이 증가한

것이다.

그림Ⅱ-̀̀27 용기가열렸을때

산소

철

반응전

반응후

반응후

흔들어줌.

손난로

⑴손난로의원리: 손난로는화학반응이

일어날때발생하는열을이용한다.

①분말형: 철이공기중의산소와반응

하여 산화될 때 발생하는 열을 이용

한다. 철에 활성탄, 소금 등을 섞어

준다. 보통 10시간이상열을방출하

며다시사용할수없다.

②액체형: 싸이오황산나트륨의과포화

용액으로서, 과포화된싸이오황산나

트륨이결정으로석출될때발생하는

열을 이용한다. 똑딱이 금속 단추는

과포화 상태의 싸이오황산 나트륨에

충격을가하는역할을한다. 열을방

출하는시간은짧지만가열하면다시

사용할수있다.

086~111 2단원②-ok 2014.12.24 6:47 PM 페이지92 DK

2. 화학반응에서의질량관계 93

철이녹스는반응은철이공기중의산소와결합하여산화철(Ⅲ)이되는반응

이다. 이반응에서생성된산화철(Ⅲ)은산소와반응하기전의철보다질량이크

다. 철과산화철(Ⅲ)의질량만을비교하면질량이증가하여질량보존법칙이성

립하지않는것처럼보이지만, 이것은철과반응한산소의질량을고려하지않았

기때문이다. 철과반응하는공기중의산소와철의질량을합한값은산화철(Ⅲ)

의질량과일치하므로질량보존법칙이성립한다.

나무나종이가연소하면재가남는데, 연소하기전의나무나종이의질량보다

남은재의질량이가볍다. 이경우에도질량보존법칙이성립할까?

먼저양초를저울에올려놓고질량을측정한후, 양초에불을붙여질량변화를

관찰하면질량이점점감소한다. 그러나집기병에양초를넣고유리판으로덮은

상태에서질량을측정하고, 양초에불을붙인직후유리판을덮고양초의불이꺼

진다음질량을다시측정하면연소전후질량이변하지않는다.

용기에넣지않고양초를연소시켰을때에는질량이감소하는데, 입구를막은

집기병속에서양초를연소시켰을때질량이변하지않는이유는무엇일까?

그림Ⅱ-̀̀28 양초의연소전후의질량

그림Ⅱ-̀̀29 입구를막은집기병속에서양초의연소전후의질량

시간이지난후

시간이지난후

그림Ⅱ-̀̀30 나무의연소

화학개념에서두가지기본적인원리는물질의

보존과에너지의보존이다.

먼저화학반응전과반응후에물질의양은변

하지않고일정하게유지되어야한다. 그이유는

화학반응이일어나는동안물질을구성하는원

자들의배열만달라질뿐원자가새로생성되거

나소멸되지않기때문이다.

물질의재배열에는에너지의변화가따른다. 물

질이달라지면그안에저장된에너지의양이달

라지며, 그차이에해당하는에너지는반응을통

하여열에너지또는전기에너지와같은형태로

변환되어나타난다. 따라서화학반응이일어나

는경우에도전체에너지의양은보존된다.

이러한두가지핵심적인원리는핵반응의경우

에는 수정되어야 한다. 핵반응에서는 아인슈타

인이제안한

E=mc¤의관계식에나타난것과같이물질의질량과에

너지는서로전환되기때문이다. 즉, 핵반응에서

는엄청난양의에너지가방출되므로반응물질

이생성물질로될때질량감소가검증할수있

을만큼발생한다. 이경우에는질량과에너지의

합이보존된다.

086~111 2단원②-ok 2014.12.24 6:47 PM 페이지93 DK

이산화탄소의확인

질량보존법칙이란무엇인가?

개념확인하기

우리주변에서여러종류의플라스틱폐기물이늘어나는

이유를질량보존법칙의관점에서설명해보자.

과학과기술, 사회연관짓기자기

주도

학습

94 Ⅱ. 화학반응에서의규칙성

여러가지반응을통해알아보았듯이화학변화에의해서겉으로는질량이증가

하거나감소하는것처럼보이기도하지만, 반응한기체나공기중으로날아간기

체를고려하면전체반응에서물질을구성하는원자의수는변하지않으므로질

량은항상보존된다.

따라서용기에넣지않은상태에서양초를연소시킬때질량이감소하는이유는

연소후생성된이산화탄소와수증기가공기중으로날아가기때문이다. 반면,

집기병의입구를유리판으로덮었을때에는산소가외부에서들어오지못하고이

산화탄소와수증기가집기병을빠져나가지못하므로질량이보존된다.

산소

탄소

수소

그림Ⅱ-̀̀32 양초의연소모형

양초가타고난다음집기병의내부에생긴액체방울에파란색의염화코발트

종이를대어보면붉게변하므로양초의연소로물이생겼다는것을알수있다.

또집기병에석회수를넣고흔들어보면석회수가뿌옇게흐려지므로이산화탄

소가생겼다는것을알수있다.

그림Ⅱ-̀̀31 양초의연소후생성된물질의확인

염화코발트

종이

물의확인

석회수

물이산화탄소

➞

➞

철이녹슬때에는질량이증가

하는 것처럼 보이고, 양초가

연소할 때에는 질량이 감소하

는 것처럼 보인다. 그러나 반

응한물질과생성된물질의원

자의 종류와 ( )는 변하

지 않으므로 ( )이 보존

된다.

스스로해결하기

연소생성물

연소생성물은물질이연소할때생성

되는물질이다. 가장전형적인연소생

성물은 연소되는 물질을 구성하는 원

소의산화물이다. 즉, 탄소(C)를 포함

한물질이연소되면이산화 탄소가생

성되고, 수소(H)를 포함한 물질이 연

소되면물이생성된다. 대부분비금속

원소의산화물은기체이고, 금속원소

의 산화물은 고체이므로 물질을 연소

시켰을때남는재는금속원소의산화

물이다. 따라서재의색깔이회백색을

띠는것이며, 가끔재가검은색을띠는

것은 연소되지 않은 탄소(C)가 남아

있기때문이다. 이와같은이유로종이

를태울때불이완전하게꺼진부분은

회백색이고, 연소되고있는부분은검

은색을나타낸다.

수

질량

①물의확인: 파란색염화코발트종이를붉게변화시킨다.

②이산화탄소의확인: 석회수를뿌옇게변화시킨다.

▶질량보존법칙은변화가일어나기전과후에질량이보존된다는것

으로서, 물리변화뿐만아니라화학변화에서도성립한다. 질량보존

법칙이성립하는것은변화가일어날때물질을이루는분자또는원자

의종류나수가변하지않기때문이다.

▶우주로부터지구로유입되는물질의양이나반대로지구로부터우

주로나가는물질의양은지구전체질량에비해매우적으므로지구

전체의질량은일정하다고할수있다. 따라서우리주변에서플라스틱

폐기물이늘어나는이유는플라스틱의원료인원유가그만큼감소하고

있기때문이다.

086~111 2단원②-ok 2014.12.24 6:47 PM 페이지94 DK

현대사회에접어들면서청소년들의건강을위협하는여러가지질병이등장하고있다. 그중에서도청

소년의비만과저체중은가장흔한영양장애이며, 매년그비율이증가하고있어사회적인문제로다루

어지고있다. 청소년들의건강문제를다루는전문가들은이러한비만과저체중의원인을생활속의불균

형에서찾고있다.

하루동안섭취하는영양분은증가하는반면, 활동량의감소로영양분의소비가줄어체내에영양분이

축적되면비만이되기쉽다. 한편과도한다이어트를하거나끼니를거르면서게임에몰두하게

되면저체중의증상이나타나기쉽다.

청소년의비만은고혈압, 당뇨등성인병을유발할수도있고, 저체중은성장부진,

빈혈, 스트레스에대한저항력감소를유발할수있으므로건강한생활을위해서적절

한자신의체중을유지하기위해서노력해야할것이다.

건강한 생활

2. 화학반응에서의질량관계 95

건강을유지하기위한 5대수칙

1⃞ 아침을꼭먹자.

2⃞ 세끼식사를골고루하고, 음식을천천히씹어먹자.

3⃞ 채소를많이먹자.

4⃞ 매주세번이상운동하자.

5⃞ 텔레비전과컴퓨터는필요한경우에만시간을정해서보자.

소아·청소년의 비만 예방법 중에서 질량 보존 법칙과

관계있는 것을 고르고, 질량 보존 법칙의 관점에서 설명해 보자.

물음

▶질량보존법칙의관점에서보면비만은우리몸에들어온물질의양보다배출되는물질의

양이적어서체내에서물질이축적되는현상이다. 따라서비만을예방하기위해서는우리몸에

들어오고나가는물질의양이균형을이루도록해야한다. 즉, 음식을천천히먹으면적은양을

먹고도포만감을느낄수있고, 배가고픈상태가되기전에식사를하는것이좋다(②항). 또한

채소류의대부분은체내에서흡수되지않는성분이므로비만예방에효과적이다(③항). 그리고

적당한운동을통해영양소를소비함으로써우리몸의물질균형을이룰수있다(④항).

086~111 2단원②-ok 2014.12.24 6:47 PM 페이지95 DK

Ⅱ.

화학

반응에서의

규칙성

여러사람이손을잡고둥글게원을그

리면서 춤을 추다가 사회자가 호각을 불

면행동을멈추고 2명또는 3명등정해진수대로

짝을짓는게임이있다. 이때사회자가말한수대로짝을

짓지못한사람은벌칙을받는다. 이 게임에서정해진수는화

학반응에서어떤의미가있을까?

2-2

•화학 반응에서 일정 성분비 법

칙을설명할수있다.

•일정 성분비 법칙을 모형으로

나타낼수있다.

학습 목표

96 Ⅱ. 화학반응에서의규칙성

짝을짓는게임에서정해진수만큼만짝을지어야하는것처럼우리생활속에

서사용하는물건들도거의모두일정한구성품으로이루어져있다. 예를들어자

동차를조립할때자동차에필요한많은부품중에서하나라도없으면자동차가완

성될수없는것은자동차를이루는부품의종류와개수가정해져있기때문이다.

또같은종류의볼펜이여러개있을때, 그중하나만분해해서그재료들을조사하

면다른볼펜들을분해하지않아도재료의종류와개수, 크기, 모양등에대해알

수있다. 이것은같은종류의물건은크기와모양이같은재료들을같은개수만큼

사용하여만들기때문이다. 그리고물건을이루는각재료들의질량이같기때문에

물건을이루는각재료의질량사이에는항상일정한비율이성립한다.

물건을이루는재료들의질량비가일정한것처럼물질을이루는원소사이에도

질량비가일정한지알아보자.

일정 성분비 법칙

그림Ⅱ-̀̀34 1개의볼펜을이루는재료그림Ⅱ-̀̀33 자동차생산공장

➞

⋯ •조립품의 경우 그 구성

성분의종류와수가일정하므로질

량비도일정함을알도록지도한다.

•구리의산화로생성되는산화구리

(Ⅱ)를이루는구리와산소의질량

비가일정하다는것을알도록지도

한다.

•일정성분비법칙의정의와화합물

에서일정성분비법칙이성립함을

알도록지도한다.

•질산납수용액과아이오딘화칼륨

수용액의반응을통해일정성분비

법칙이화학반응에서어떻게적용

되는지이해시킨다.

Tip수업

086~111 2단원②-ok 2014.12.24 6:48 PM 페이지96 DK

2. 화학반응에서의질량관계 97

실험산화구리(Ⅱ)를이루는원소사이의질량관계

구리의연소생성물인산화구리(Ⅱ)

의 성분 원소 사이의 질량비가 일정

함을설명할수있다.

구리 가루, 도가니, 전자저울, 유리

막대, 삼발이, 삼각석쇠, 알코올램프

(또는핫플레이트)

과정

목·표

준·비·물

❶도가니 4개를준비하고여기에구리가루를각각 1.0g, 2.0g, 3.0g, 4.0g씩넣는다.

❷도가니속구리가루를유리막대로저어주면서색깔이모두변할때까지가열한다.

❸구리가루의색깔이모두변하면가열을멈추고, 도가니를충분히식힌다음생성된물

질의질량을측정한다.

결과

1생성물질의질량을다음표에기록해보자.

2구리와산화구리(Ⅱ)의질량관계를그래프로나타내어보자.

1⃞결과 1에서구리의질량에따른구리와산소의질량비를각각계산해보자.

2⃞산화구리(Ⅱ)를구성하는구리와산소의질량사이의관계에대해설명해보자.

해석

5

4

3

2

1.0 2.0 3.0 4.0

1

0

( )( )g

(g)

1.0 2.0 3.0 4.0구리의질량(g)

산화구리(Ⅱ)의질량(g)

탐│구│도│우│미

구리가루를공기중에서가열

하면산소와반응하여산화구

리(Ⅱ)가생성된다.

2Cu + O™⁄ 2CuO

탐구 활동

➞유·의·점

1. 산화 구리(Ⅱ)의 질량: 도가니의

질량을 미리측정하여 반응후전

체질량에서도가니의질량을빼서

구한다.

2. 저어준유리막대에묻은산화구

리(Ⅱ)를 잘 털어 준 다음 질량을

측정한다.

3. 가열 후 도가니는 뜨거우므로 화

상을입지않도록조심한다.

⋯ 1. 산화 구리(Ⅱ)의 질량:

도가니의질량을미리측정하여반

응전후전체질량에서도가니의질

량을빼서구한다.

2. 저어준유리막대에묻은산화구

리(Ⅱ)를 잘 털어준다음질량을

측정한다.

3. 가열 후 도가니는 뜨거우므로 화

상을입지않도록조심한다.

Tip수업

(g)

5

4

3

2

1.0 2.0 3.0 4.0

1

0

( )( )g

1.25

▶구리:̀̀산소=1.0 :̀̀ 0̀.25, 2.0 :̀̀ 0̀.50, 3.0 :̀̀ 0̀.75, 4.0 :̀̀ 1̀.00

▶구리의질량과관계없이산화구리(Ⅱ)를구성하는구리와산소의질량비는4 :̀̀1로일정하다.

2.50 3.75 5.00

086~111 2단원②-ok 2014.12.24 6:48 PM 페이지97 DK

( )

2.0

1.5

1.0

1.0 2.0 3.0 4.0

0.5

0

g

(g)

98 Ⅱ. 화학반응에서의규칙성

철이공기중의산소와반응하여생성된산화철(Ⅲ)의질량과반응한철의질

량을통해철과산소사이의질량비를계산해보면항상일정한것을알수있다.

산화철(Ⅲ)이생성될때철의질량이 2배, 3배, 4배, …`로증가하면철과결합

하는산소의질량도 2배, 3배, 4배, …`로증가하므로, 산화철(Ⅲ)에포함된철과

산소의질량비는항상일정하다.

1799년프랑스의화학자프루스트는인공적으로만든탄산구리와자연에서

발견되는탄산구리를정확하게분석하여두탄산구리의조성이같음을확인하

였다. 이와같이화합물을구성하는모든원소의질량비가일정한것을일정성분

비법칙이라고한다. 그후스웨덴의베르셀리우스는몇백개의화합물을분석하

여오차 1 % 이하라는당시에는매우정밀한값으로이법칙을증명하였다.

일정성분비법칙에의하면, 같은원소로이루어진화합물이라도질량비가다

르면서로다른화합물이다. 예를들어산화철(Ⅱ)과산화철(Ⅲ)은구성원소의

질량비가다르므로서로다른물질이다.

철의질량(g)

산화철(Ⅲ)의질량(g)

철과결합한산소의질량(g)

철의질량산소의질량

1.00

1.43

0.43

2.33

2.00

2.86

0.86

2.33

3.00

4.28

1.28

2.34

4.00

5.71

1.71

2.34

5.00

7.15

2.15

2.33

표Ⅱ-̀̀2 산화철(Ⅲ)을구성하는철과산소의질량관계

그림Ⅱ-̀̀35 산화철(Ⅱ)과산화철(Ⅲ)의질량비비교

같은원소로구성된서로다

른화합물

철과염소의화합물인염화철(Ⅱ)

(FeCl™)과염화철(Ⅲ)(FeCl£), 주

석과 염소의 화합물인 염화 주석

(Ⅱ)(SnCl™)과 염화 주석(Ⅳ)

(SnCl¢) 등이있다.

FeO

철질량:̀̀산소질량`=1̀:0.29

산화철(Ⅱ)

Fe™O£

철질량:̀̀산소질량`=1̀:0.43

산화철(Ⅲ)

산화철(Ⅲ)

산화 철(Ⅱ)

원자 H C N O

질량 1 12 14 16

원자 Na Mg Cl K

질량 23 24 35.5 39

⑴배수비례법칙: 두종류의원소가화합하여두가지이상의화합물을만들때, 화합물의

한원소와화합하는다른원소의질량사이에는간단한정수비가성립한다는법칙이다.

⑵배수비례법칙의예: 일산화탄소(CO)와이산화탄소(CO™)에서탄소와산소의질량비

를바탕으로탄소1g̀에결합한산소의질량을구하면다음표와같다.

화합물 CO CO™

탄소의질량백분율(%)

산소의질량백분율(%)

탄소 1 g에결합한산소의질량(g)

42.86

57.14

1.333

27.27

72.73

2.667

원자의상대적질량

탄소(C)를 기준으로 한 상대적인

값이므로단위(g)를붙이지않는다.

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0 2 4 6 8 10아이오딘화 칼륨 수용액의 부피{mL}

앙금의

높이

2. 화학반응에서의질량관계 99

질산납수용액과아이오딘화칼륨수용액을섞으면납이온과아이오딘화이온

이결합하여물에녹지않는노란색의아이오딘화납이생성된다. 일정량의질산

납수용액에아이오딘화칼륨수용액을조금씩가하면아이오딘화칼륨수용액의

부피가증가함에따라앙금의높이가증가하다가얼마후에는일정해진다. 이것

은아이오딘화이온과결합하는납이온의수가일정하기때문이며, 납이온이더

이상존재하지않으면아이오딘화칼륨수용액을계속가해도앙금은더이상생

성되지않는다.

두수용액의반응에의해생성되는노란색의아이오딘화납은납이온과아이오

딘화이온의수가 1 : 2의비율로이루어진다. 이와같이화합물을구성하는원자

들의비율이일정하기때문에정해진비율만큼만반응하고나머지원자들은그대

로남는다. 따라서임의의비율로섞여있는물질들을반응시킬때, 어느한물질

이모두반응하여없어지면다른물질은반응하지못하고남게된다.

물을 이루는 수소와 산소의 질량비는 1 : 8이다. 2 g의 수소를 충분한 양의 산소 속

에서연소시켰을때생성되는물의질량은몇 g인가?

그림Ⅱ-̀̀36 아이오딘화칼륨수용액의부피에따라생성되는앙금의높이

일정성분비법칙에대해설명해보자.

개념확인하기

천연 DHA와화학적으로합성한 DHA를일정성분비법

칙의관점에서비교해보자.

개념응용하기자기

주도

학습

납 아이오딘

아이오딘화납

아이오딘화납의생성모형

질산납

수용액

6mL

여러가지화합물에서성분원소의

질량비

①구리의연소

구리+산소→산화구리(Ⅱ)

4 : 1 : 5

②마그네슘의연소

마그네슘+산소→산화마그네슘

3 : 2 : 5

③물의합성

수소+산소→물

1 : 8 : 9

④이산화탄소의합성

탄소+산소→이산화탄소

3 : 8 : 11

⑤황화철의합성

철+황→황화철

7 : 4 : 11

⑥과산화수소의분해

과산화수소→물+산소

17 : 9 :̀ ̀8

시험관 결과

A, B, C

E, F

D

납성분이남는다.

아이오딘성분이남는다.

납성분과아이오딘성분이1 : 2의개

수비로존재하므로모두반응한다.

▶수소와산소의질량비가 1:8이므로수소 2 g과결합하는산소의질량(x)은 1:8=2:x에서 x=16 g이다. 질

량보존법칙에따라 2 g의수소와 16 g의산소로이루어진물의질량은 18 g이다.

▶ 화합물을 구성하는 모든 원소의 질량비는 일정하다는 것으로,

1799년프루스트가발표하였다.▶ 천연 DNA와합성한 DNA는화학적으로같은물질이다. 따라서

천연DNA와합성한DNA를구성하는원소의종류와질량비가일정

하다.

086~111 2단원②-ok 2014.12.24 6:48 PM 페이지99 DK

화학 반응식2-3Ⅱ.

화학

반응에서의

규칙성

100 Ⅱ. 화학반응에서의규칙성

큰건물이나도로, 지하철등에서볼수있는각종표지판들은사람들에게필요

한내용을간단한기호로표시해주고있다. 일상생활외에도같은학문안에서는

약속된다양한기호를사용한다. 대표적인예로과학의원소기호나수학에서사

용하는수식과그래프가있다. 원소기호를이용하여우리주변에서일어나는화

학변화를간단한식으로나타낼수있는데, 이를화학반응식이라고한다.

•여러가지화학반응을화학반

응식으로나타낼수있다.

•화학반응식에서계수가나타내

는의미를설명할수있다.

학습 목표

그림Ⅱ-̀̀38 지하철의안내표지판그림Ⅱ-̀̀37 신호등

요즘은통신기술이발달하면서지구촌이라는말이실감나는시대이다. 그러나서로

다른언어를사용하기때문에의사소통을하는데어려움이있다. 서로의언어를익히

면원활한의사소통을할수있지만, 언어습득은많은시간과노력이필요하기때문에

같은분야를연구하는사람들은간단한기호와형식을이용하여그뜻을쉽게전달하기

도한다.

그렇다면화학반응을나타낼때에는어떤기호와식을이용할까?

⋯ 반응모형사용하여화학반

응식나타내기

화학반응식의계수를맞출때반응모

형을사용하면쉽게이해할수있다.

물질의상태를나타내는기호

•기체: g(gas)•액체: l(liquid)•고체: s(solid)•수용액: aq(aqueous)

Tip수업

086~111 2단원②-ok 2014.12.24 6:48 PM 페이지100 DK

2. 화학반응에서의질량관계 101

화학반응식을나타내는방법

화학변화를화학반응식으로나타내기위해서는정해진약속에따라야한다.

수소가질소와반응하여암모니아가생성되는경우를화학반응식으로나타내는

방법을알아보자.

4단계에서계수를맞출때에는임의의한물질의계수를 1로정하여맞춘다.

수소와질소의반응에서N™의계수를 1이라고했을때반응물질에서질소원자

가 2개이므로생성물질에서질소원자가 2개가되기위해서는 NH£의계수가

2가되어야한다. 이때생성물질에서수소원자가 6개가되므로반응물질에서

수소원자가 6개가되기위해서는H™의계수가 3이되어야한다.

화학반응식의계수는일반적으로가장간단한정수비로나타낸다. 수소와질

소의반응에서수소, 질소, 암모니아의계수가각각 3, 1, 2로그비율이가장간

단한정수비이므로이값이각물질의계수가된다.

5단계에서물질의상태는화학반응이일어나는온도와압력에서의상태를나

타낸다. 기체는 g, 액체는 l, 고체는 s로나타내며, 수용액의경우에는 aq로나타

낸다.

이밖에가정이나자동차의연료로사용되는물질들의연소반응을화학반응식

으로나타내어보자.

2단계반응 물질이나 생성 물질이 두 종류 이상이면

+기호로연결한다.

화살표를쓴다음화살표가시작되는쪽에반응

물질을쓰고, 화살표가향하는쪽에생성물질을

쓴다.

1단계 수소⋯ 질소 ⁄ 암모니아

각물질을화학식으로나타낸다.3단계 H™ + N™ ⁄ NH£

각물질의상태를괄호안에나타낸다.5단계 3H™(g) + N™(g) ⁄ 2NH£(g)

수소+질소 ⁄ 암모니아

4단계반응물질과생성물질의원자의종류와개수가

같도록계수를맞춘다. (계수 1은생략)3H™ + N™ ⁄ 2NH£

방법 예시

물질의상태를나타내는기호

•기체: g(gas)•액체: l(liquid)

•고체: s(solid)

•수용액: aq(aqueous)

암모니아의 생성 반응에서 N™의 계수를 1이라고 했을 때, 질소 원자의 개수를 맞추

기위해생성물질을 N™H£로나타내지않고 2NH£로나타내는이유는무엇인가?

화학반응식으로나타낼때의장점

화학 변화를 기호로 나타내면 전달하려고

하는내용을간단하게나타낼수있다는장

점이있다.

수소와 질소에 의해 암모니아가 생성되는

반응의경우글로표현하면, “기체 상태의

수소3분자와기체상태의질소1분자가반

응하여 기체 상태의 암모니아 2분자가 생

성된다.”로나타낼수있다. 그러나이표현

으로는수소분자와질소분자는각각 2개

의수소원자와 2개의질소원자로이루어

졌다는사실과암모니아 1분자는 1개의질

소 원자와 3개의 수소 원자로 이루어졌다

는사실은설명하지못한다. 그러나이반

응을화학반응식으로나타내면위의모든

내용을포함한다.

3H™(g)+N™(g) →2NH£(g)

▶ 질소와 수소가 반응하여 생성되는 물질은 암모니아(NH£)이다. 이 반응에서 NH£를 N™H£로

나타내면 생성 물질 자체가 변하게 되므로 옳지 않다. 화학 반응식에서 계수를 맞출 때에는

물질의성분원소의개수로맞추는것이아니라, 분자의개수로맞추어야한다.

086~111 2단원②-ok 2014.12.24 6:49 PM 페이지101 DK

102 Ⅱ. 화학반응에서의규칙성

실험여러가지연료의연소반응을화학반응식으로나타내기

메테인, 프로페인, 뷰테인의 연소 반

응을화학반응식으로나타낼수있다.

공책, 필기도구

과정

목·표

준·비·물

집에서난방이나조리를할때또는자동차의연료로액화천연가스(LNG)나 액화석유

가스(LPG)를많이사용한다. 메테인(CH¢)이주성분인 LNG와프로페인(C£H•)과뷰테인

(C¢H¡º)이주성분인 LPG는모두탄소와수소로이루어져있다. 따라서이들연료를연소

시키면모두물(H™O)과이산화탄소(CO™)가생성된다.

이세가지물질의연소반응을화학반응식으로나타내어보고, 차이점을알아보자.

1⃞메테인(CH¢)의연소반응

❶반응물질과생성물질을화살표와+기호를이용하여나타낸다.

❷반응물질과생성물질을화학식으로나타낸다.

❸반응물질과생성물질의원자의종류와개수가같도록계수를맞춘다.

❹각물질의상태를나타낸다.

탐구 활동

가스레인지 자동차의가스충전기

화학반응식에사용되는기호들

①앙금이생성되는경우: ↓

②기체가발생하는경우: ↑

③가열하는반응: 화학 반응식의화살

표(→) 밑에△표시

④촉매: 화학 반응식의 화살표(→) 위

에촉매의종류표시

예⃞ 3H™(g)+N™(g)

11⁄ 2NH£(g)Fe 촉매

△

▶메테인+산소1⁄이산화탄소+물

▶CH¢+O™ 1⁄ CO™+H™O

▶CH¢+2O™ 1⁄ CO™+2H™O

▶프로페인: ❶프로페인+ 산소 1⁄이산화탄소+물

❷C£H•+O™ 1⁄ CO™+H™O

❸C£H•+5O™ 1⁄ 3CO™+4H™O

❹C£H•(g)+5O™(g) 1⁄ 3CO™(g)+4H™O(l)뷰테인: ❶뷰테인+산소1⁄이산화탄소+물

❷C¢H¡º+O™ 1⁄ CO™+H™O

❸2C¢H¡º+13O™ 1⁄ 8CO™+10H™O

❹2C¢H¡º(g)+13O™(g) 1⁄ 8CO™(g)+10H™O(l)

▶CH¢(g)+2O¢(g) 1⁄ CO™(g)+2H™O(l)

2⃞프로페인(C£H•)과뷰테인(C¢H¡º)의연소반응

메테인의연소반응과같은방법으로프로페인과뷰테인의연소반응을화학반응식으로

나타내어본다.

086~111 2단원②-ok 2014.12.24 6:49 PM 페이지102 DK

2. 화학반응에서의질량관계 103

화학반응식의계수맞추기

❶수소와산소가반응하여물이생성되는화학반응식에서각화학식에임의의계수 x, y, z를붙인다.

xH™ + yO™ ⁄ zH™O

❷반응전과후에수소원자와산소원자수가같아야하므로다음과같은관계가성립한다.

•수소원자의수: 2x=2z

•산소원자의수: 2y=z

•수소원자의수에서 x : z=1 : 1이고, 산소원자의수에서 y : z=1 : 2이다.

➞이들관계로부터 x : y : z=2 : 1 : 2이다.

❸화학반응식에계수를붙인다.

2H™ + O™ ⁄ 2H™O

❹각물질의상태를표시하여화학반응식을완성한다.

2H™(g) + O™(g) ⁄ 2H™O(l)

결과

메테인, 프로페인, 뷰테인의연소반응에대한화학반응식을정리해보자.

1⃞메테인, 프로페인, 뷰테인분자N개가연소할때, 필요한산소분자수와생성되

는이산화탄소및물분자수를비교해보자.

2⃞같은분자수만큼연소시켰을때환경오염이가장적은연료는무엇인지토의해

보자.

해석

화학반응식을통해반응물질과생성물질의종류를알수있으며, 질량보존

법칙과일정성분비법칙이성립하는이유도설명할수있다. 또화학반응식의계

수를이용하면반응물질과생성물질의양과관련된더많은정보를얻을수있다.

구분

메테인

프로페인

뷰테인

산소분자수 이산화탄소분자수 물분자수

물질

메테인

프로페인

뷰테인

화학반응식

창의·인성

화학반응식에서화살표의의미

①방향: 화살표가 나타내는 방향성으

로반응물질과생성물질을구별한

다. 즉, 화살표의왼쪽이반응물질이

고, 오른쪽이생성물질이다.

②등호: 반응물질과생성물질은원자

의종류, 원자의 개수, 전하량, 에너

지가같다는것을의미한다.

CH¢(g) + 2O™(g) 1⁄ CO™(g) + 2H™O(l)

C£H•(g) + 5O™(g) 1⁄ 3CO™(g) + 4H™O(l)

2C¢H¡º(g) + 13O™(g) 1⁄ 8CO™(g) + 10H™O(l)

▶연소시켰을때생성되는물질중환경오염물질은이산화탄소이므로같은수의분자를연소시켰을때

환경오염이가장적은연료는이산화탄소가가장적게생성되는메테인이다.

2N N 2N

5N 3N 4N

;;¡2£;;N 4N 5N

086~111 2단원②-ok 2014.12.24 6:49 PM 페이지103 DK

104 Ⅱ. 화학반응에서의규칙성

화학반응식에서계수의의미

화학반응전후에물질을구성하는원자수가변하지않으므로전체질량은보

존된다. 예를들어수소와질소가반응하여암모니아가생성되는화학반응식을

살펴보면반응전후수소원자의개수가 6개로같고, 질소원자의개수는 2개로

같다. 즉, 화학반응전과후의원자의종류와개수가변하지않으므로질량이보

존된다.

또각원자들의질량비와화학반응식의계수를이용하면반응물질과생성물

질사이의질량비를알수있다. 위의반응식에서수소원자와질소원자의질량

비가 1 : 14인것을이용하면화학반응식의계수로부터수소 : 질소 : 암모니아

=3 : 14 : 17의질량비로반응함을알수있다. 즉, 3 g의수소가반응하는데

14 g의질소가필요하며, 이때 17 g의 암모니아가생성된다.

한편, 화학반응식의계수는반응하는분자수와생성되는분자수의비를나타

낸다. 따라서계수비를이용하면반응물질과생성물질사이의양적관계를알

수있다.

예를들어메테인의연소반응에서메테인과산소의분자수를달리하여반응시

키면생성되는이산화탄소와물분자수, 그리고반응하지않고남는분자수가

달라진다.

질량비

+

H H

H H N N N N

H H H HH HH H

3_(1_2) : (14_2) : 2_(14+1_3)

3 : 14 : 17

화학반응식에서반응전과후

의 원자의 개수가 같으므로

( ) 법칙이성립함을

알수있다.

스스로해결하기

그림Ⅱ-̀̀40 반응물질과생성물질의질량비

3H™(g) + N™(g) 1⁄ 2NH£(g)

3_2=6 2_3=6

2 2질소원자의개수

수소원자의개수

그림Ⅱ-̀̀39 반응물질과생성물질을구성하는원자의개수비교

한계반응물

반응물질이임의로섞여있을때에도

반응물질은정해진분자수의비율로

만반응한다.

예를들어, 메테인의연소반응에서살

펴보자.

반응하는 메테인과 산소의 분자 수의

비는 1 :̀̀2이다. 따라서 메테인 2분자

와 산소 2분자가 혼합되어 있으면 메

테인 1분자와산소 2분자가반응하고

메테인 1분자가남는다. 이메테인분

자는반응할산소분자가더이상없기

때문에반응하지못하고남는것이다.

이경우의산소와같이먼저반응하여

없어지는 물질을 한계 반응물이라고

하며, 생성되는물질의양은한계반응

물에의해결정된다. 만약 1분자의메

테인과 3분자의산소가반응한다면메

테인이한계반응물이된다.

CH¢(g)+ 2O™(g)

→ CO™(g)+2H™O(l)

질량보존

086~111 2단원②-ok 2014.12.24 6:49 PM 페이지104 DK

2. 화학반응에서의질량관계 105

그림Ⅱ-`41의첫번째반응모형에서는반응전메테인과산소가각각 2분자

씩있지만, 메테인과산소는 1 : 2의분자수의비로반응하므로메테인 1분자가

반응하지않고남아있다.

두번째반응모형에서는메테인

1분자와 산소 2분자가 반응하여

산소 1분자가그대로남아있다.

세번째반응모형에서는메테인

1분자와산소 2분자가모두반응

하여반응하지않고남아있는분

자가없다.

즉, 화학반응에서반응하는분자수의비는항상일정하며, 화학반응식의계수

비와같다.

화학반응식의계수로기체물질의부피관계도알수있다.

1811년아보가드로는온도와압력이같을때, 모든기체는같은부피속에같

은수의분자가존재한다는아보가드로가설을발표하였으며, 이를아보가드로법칙

이라고도한다.

CH¢(g) + 2O™(g) ⁄ CO™(g) + 2H™O(g)

탄소

수소

산소

그림Ⅱ-̀̀41 메테인의연소모형

, , , , , ,(H™) (CO™) (CH¢)

그림Ⅱ-̀̀42 아보가드로가설의적용모형_̀ 기체의종류는다르지만분자수가모두동일하다.

25æ, 1기압, VL의동일한조건에서

검색

과학자아보가드로의업적과아보

가드로법칙이인정받게된과정을

조사해보자.

인터넷 과학 세상속

아보가드로

반응후반응전

⋯ 원자수를계산할때는모형을이용

하여원리를이해시

키면 쉽게 접근할

수있다. 2NH£나타

냈을때질소와수소원자수는질소는 2개,

수소는6개이다.

따라서 화학식이 nMåX∫인 경우 원자 M은

(n_a)개, 원자X는(n_b)개이다.

Tip수업

아보가드로법칙

①가정: 분자의크기에비해분자사이

의거리가충분히먼기체인경우에

성립한다.

②주의점: 같은부피속에들어있는분

자수는같지만원자수는다를수있

다.

③분자수의비와부피비와의관계: 온

도와압력이같을때같은부피속에

같은수의분자를포함한다는것이므

로분자수가 2배가되면부피가 2배

가 된다는 의미이다. 따라서 기체의

부피는분자수에비례한다.

④모든분자에서아보가드로법칙이성

립하는이유: 이산화탄소와같은큰

분자는 수소와 같이 작은 분자보다

같은부피속에더적은수의분자가

들어있을것으로생각하기쉽다. 그

러나기체분자는아주작으며, 매우

빠르게움직이기때문에기체분자가

운동에의해차지하는공간에비하면

분자자체의크기는무시해도될만

큼작다. 따라서아주작은분자나큰

분자모두같은부피속에들어있을

수있다는것이다.

086~111 2단원②-ok 2014.12.24 6:49 PM 페이지105 DK

106 Ⅱ. 화학반응에서의규칙성

수소기체와염소기체가반응하여염화수소기체가생성되는

반응을화학반응식으로나타내어보자.

개념확인하기

화학반응식의계수로부터알수있는사실을모두써

보자.

개념응용하기자기

주도

학습

화학반응식의계수는가장간단한정수비를사용하므로화학반응에서반응하

는기체와생성되는기체의부피사이에는간단한정수비가성립한다. 1808년게

이뤼삭은산소가질소와반응하여산화질소가생성될때, 반응하는기체와생성

되는기체의부피사이에는간단한정수비가성립한다는것을발견하였는데, 이

것을기체반응법칙이라고한다.

아보가드로법칙은기체반응법칙을설명하기위해서제안된가설이다. 또한

아보가드로는기체반응법칙을설명하기위하여물질이몇개의원자가결합한

새로운입자, 즉분자로이루어졌다는분자설도같이주장하였다.

이와같이화학반응식의계수를이용하면반응물질과생성물질사이의분자

수와질량및부피사이의관계를알수있다.

탄소 원자와 산소 원자의 질량비는 3 : 4이다. 탄소와 산소가 반응하여 이산화 탄소

가생성될때반응하는탄소와산소의질량비를써보자.

게이뤼삭(Gay-Lussac, J.

L. ; 1778~1850)

프랑스의 과학자로서, 기체 반응

법칙을발표하였다.

기체반응에서는아보가드로법칙에의해화학반응식의계수로부터부피비를

알수있다. 기체가차지하는부피는기체의분자수에비례하고, 화학반응식의

계수는반응하는분자수와생성되는분자수의비를나타낸다. 그러므로수소가

질소와반응하여암모니아가생성되는반응에서수소, 질소, 암모니아의계수비

가 3 : 1 : 2인것은각기체의분자수의비이며, 부피비이다.

표 Ⅱ-̀̀3 암모니아가생성되는

화학반응식

3H™(g) + N™(g) 1⁄ 2NH£(g)

계수비

분자수의비

부피비

3 : 1 : 2

3 : 1 : 2

3 : 1 : 2

3H™(g)+N™(g)⁄ 2NH£(g)

▶탄소와산소가반응하여이산화탄소가생성되는반응의화학반응식은다음과같다.C(s)+O™(g) → CO™(g)탄소원자와산소원자의질량비가3:4인데, 탄소원자1개와산소원자2개가반응하므로반응하는탄소와산소의

질량비는 (3_1):(4_2)=3:8이다. 이결과는이산화탄소를구성하는탄소와산소의질량비가 3:8로일정하다

는일정성분비법칙을나타낸다.

▶수소기체와염소기체가반응하여염화수소기체가생성되는반응의

화학반응식은다음과같다.

H™(g)+Cl™(g) 1⁄2HCl(g)

▶화학반응식의계수비는분자수의비와같다. 온도와압력이일

정할때기체의부피는기체의종류에관계없이분자수에비례하

므로계수비로부터부피비를알수있다.

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2. 화학반응에서의질량관계 107

프루스트는일정한화합물을구성하는모든원소의질량비는일정하다

는일정성분비법칙을발표하였다. 이러한프루스트의주장에대하여

물질의조성은일정하지않다고맞선사람이있었는데, 그가바로베르

톨레였다.

베르톨레는물질을만드는방법에따라그조성이여러가지로달

라지며, 특별한경우에만일정성분비법칙이성립한다고주장하였

다. 프루스트와베르톨레의논쟁은 8년동안이나계속되었으며, 결

국프루스트의승리로끝났다.

베르톨레는구리의황화물과철의산화물을분석하여그성분비가

일정하지않다고주장하였는데, 이것은구리의황화물과철의산화물이두종류이

상존재한다는사실을몰랐기때문이었다. 예를들어산화철(Ⅱ)(FeO)에서는철：산소=1：0.29의질량비가성립하

고, 산화철(Ⅲ)(Fe™O£)에서는철：산소=1：0.43의질량비가성립하므로, 철의산화물에서그성분비가일정하지않

다고생각한것이었다. 이에대해프루스트는산화철(Ⅱ)과산화철(Ⅲ)은각각별개의화합물이므로그성분비가일정

하지않은것이라고설명하였으며, 결국에는프루스트의주장이옳음이증명되었다.

현재는대부분의화합물이일정성분비법칙에잘적용되지만, 일부화합물에서성분원소의질량비가일정하지않은

경우가발견되었다. 이러한화합물을베르톨레를기념하여‘베르톨라이드’라고한다.

일정 성분비 법칙에 반박한베르톨레

철의산화물이두종류이상

존재한다니…….

내가미처생각하지못했군.

보충·심화

▶베르톨라이드: 화합물을구성하는성분원소의질량비가일정한정수비로

결합하는 것이 아니라 어떤 범위에 걸쳐 있는 화합물로, 이산화 망가니즈

(MnO™)의경우에MnO1.93과같은화합물도같이존재한다고알려져있다.

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108 Ⅱ. 화학반응에서의규칙성

대단원 마무리Ⅱ. 화학 반응에서의 규칙성

해당 번호의 문제를 맞추어 가로, 세로 또는 대각선을 연결하면‘빙고’를 외칩니다.

❶물질의성질은변하지않고겉모습이나분자의배열만바뀌는변화

❷물질을이루는원자의배열이달라져새로운물질이생성되는변화

❸두종류이상의원소로이루어진순물질로서, 화학반응결과생성되는물질

❹두가지이상의물질이결합하여하나의새로운물질을생성하는화학반응의종류

❺한가지물질이두가지이상의물질로나누어지는화학반응의종류

❻한물질의구성입자가다른물질의구성입자와

자리를바꾸는화학반응의종류

❼물질이산소와빠르게반응하여빛과열

을내는화학반응의종류

❽화학반응이일어나기전후의질

량이같다는법칙

❾ ❽의법칙을처음으로언급하고

실험으로증명해낸과학자

❿한화합물을구성하는원소의질

량비는일정하다는법칙

❿의법칙을실험으로확인하고발표한과학자

물질의변화를원소기호와+, →등으로나타낸식

수소기체와산소기체가결합하여수증기가생성되는화학반응식

에서수소：산소：수증기의분자수의비

온도와압력이같을때같은부피속에는같은수의분자가존재한다는법칙

반응하는기체와생성되는기체의부피사이에는간단한정수비가성립한다는법칙

❶ ❷ ❸ ❹

❺ ❻ ❼ ❽

❾ ❿

개념 정리하기

①물리변화[해설] 물질의성질은변하지않고겉모습이나분자배열만바뀌는현상은물리변화이다.

②화학변화[해설] 원자의배열이변하는것은화학변화이다.

③화합물[해설] 두가지이상의물질이화학반응하여생성된새로운성질을가지는물질을화합물이라고한다.

④화합[해설] 화합은두가지이상의물질이반응하여새로운한종류의물질로되는화학변화이다.

⑤분해[해설] 분해는한종류의화합물이두종류이상의다른물질로나누어지는화학변화이다.

⑧질량보존법칙 [해설] 화학반응이일어날때반응

물질의전체질량과생성물질의전체질량이같다.

⑥치환[해설] 반응전물질을구성하던성분의일부가서로자리를바꾸어결합하는화학변화는치환이다.

⑨라부아지에[해설] 라부아지에는화학반응이일어날때반응전후의질량이일정하다는것을처음실험으

로증명하였다.

⑩일정성분비법칙[해설] 화합물을만들때, 반응하는물질들사이에는항상일정한질량비가성립한다.

⑪프루스트[해설] 프루스트는화합물은일정한성분비로만들어진다는사실을제안하였다.

⑫화학반응식[해설] 물질의변화를화학식으로표시하여반응물질과생성물질의

관계로나타낸식을화학반응식이라고한다.

⑬ 2H™(g)+O™(g)̀→2̀H™O(g) [해설] 수소 2분자와산소 1분

자가반응하여수증기2분자를생성한다.

⑭2 :̀1 :̀̀2 [해설] 기체반응의화학반응식에서계수비=분자수의비=부피비이다.

⑮아보가드로법칙[해설] 아보가드로가1811년에아보가드로법칙을발표하였다.

⒃기체반응법칙[해설] 게이뤼삭은1808년에기체반응법칙을발표하였다.

⑦연소[해설] 물질이산소와빠르게반응하여다른물질로되면서빛과열을내는화학반응은연소이다.

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대단원마무리 109

그림은과산화수소의분해실험장치이다. 5

그림은 질산 은 수용액에 넣

은 구리선에 은이 달라붙고

질산 구리 수용액이 생성된

모습이다. 이때 일어난 화학

반응의종류를쓰시오.

4

물질의화학변화시달라지는것을 <보기>에서

있는대로고른것은?

2

개념 적용하기

①ㄱ, ㄴ ②ㄱ, ㄷ

③ㄴ, ㄷ ④ㄴ, ㅁ

⑤ㄷ, ㅁ

그림은강철솜을공

기 중에서 가열하는

모습이다. 이때일어

나는 화학 반응은?

(정답 2개)

①화합 ②분해

③치환 ④연소

⑤앙금생성

3

집기병에모아지는기체의성질로옳은것은?

①달걀썩는냄새가난다.

②독성이강해서위험하다.

③염화코발트종이를붉게변화시킨다.

④무색의기체로물질의연소를돕는다.

⑤성냥불을가까이가져가면‘펑’소리가난다.

그림은에탄올을적신솜을연소시킨후생성물

질을확인하는과정을나타낸것이다.

6

이에대한설명으로옳지않은것은?

①집기병안쪽에는물이생성된다.

②에탄올이연소할때산소와결합한다.

③에탄올이연소할때생성되는기체는질소이다.

④집기병 안쪽에 생성되는 물질은 (가)와 같이

염화코발트종이로확인할수있다.

⑤에탄올이 연소할 때 생성되는 기체는 (나)와

같이석회수로확인할수있다.

(가) (나)

화학변화라고할수없는것은?

①철이녹슬었다.

②김치가시어졌다.

③우유가부패되었다.

④어머니의흰머리카락이늘어났다.

⑤옷장에넣어둔좀약의크기가작아졌다.

1

ㄱ. 원자의수 ㄴ. 원자의배열

ㄷ. 원자의종류 ㄹ. 원자의크기

ㅁ. 물질의성질

보기

▶

답_ ⑤

해설_̀ 좀약의크기가작아지는것은고체가기체로승화되는현상으로서

물리변화의예이다.

답_ ④

해설_̀ 화학변화시에는원자의배열이바뀌어새로운성질을갖는물질

이만들어진다.

답_ ④

해설_̀ 과산화수소가분해되면물과산소가생성되며집기병에는기체인

산소가포집된다.

①황화수소③물⑤수소

답_ ③

해설_̀ 에탄올이연소할때생성되는기체는이산화탄소이다.

답_ ①, ④

해설_̀ ①철과산소가화합하여산화철이생성된다.

④강철솜이산소와빠르게결합하면서열과빛을낸다.

답_ ①, ④

해설_̀ ①철과산소가화합하여산화철이생성된다.

④강철솜이산소와빠르게결합하면서열과빛을낸다.

답_ 치환

해설_̀ 질산은+구리→질산구리+은

질산은수용액의은이온과구리가서로 자리를바꾸는반응이다.

086~111 2단원②-ok 2014.12.24 6:49 PM 페이지109 DK

110 Ⅱ. 화학반응에서의규칙성

개념 적용하기

열린용기에반응시켰을때, 반응전과반응후

의질량이같은경우를<보기>에서있는대로고

른것은?

7

다음표는수소와산소의질량을달리하여반응

시켰을때발생하는물의질량을나타낸것이다.

9

다음화학반응식에대해잘못설명한것은?11

그림은 일산화 탄소가 산소와 반응하여 이산화

탄소를생성할때의화학반응을모형으로나타

낸것이다(단, 반응물질과생성물질모두기체

상태이다.).

12

①반응하는물질은수소와산소이다.

②수소와산소는 2:1의질량비로반응한다.

③반응전과후의총원자수는변하지않는다.

④반응하는수소원자수와생성되는수소원자

수는같다.

⑤반응하는수소분자수와산소분자수의비

는 2:1이다.

⑴ (나)와 (다)의 ( ) 안에들어갈알맞은값을

쓰시오.

⑵물을이루고있는수소와산소의질량비를구

하시오.

⑶위의반응으로부터알수있는법칙을두가

지쓰시오.

⑴위의반응을화학반응식으로나타내시오.

⑵일산화탄소와산소가완전히반응하였다면,

반응 전 혼합물의 질량과 반응 후 화합물의

질량비는얼마인지쓰시오.

⑶일산화탄소: 산소: 이산화탄소의부피비를

쓰시오.

그림은 마그네슘과 산소의 반응을 모형으로 나

타낸것이다.

이모형을화학반응식으로나타내시오(단, 마그

네슘과산화마그네슘은고체상태이고, 산소는

기체상태이다.).

10

+

그림은 황화 철 11g을 이

루는 성분 원소의 질량을

나타낸 것이다. 황화 철

33 g을 얻기 위해 필요한

철의질량은?

① 14g ② 17g ③ 21g

④ 24g ⑤ 29g

8

4g

7g

수소의질량 산소의질량 물의질량구분

2g

3g

4g

16g

24g

( )g

18g

( )g

36g

(가)

(나)

(다)

2H™(g) + O™(g) ⁄ 2H™O(g)

①ㄱ ②ㄷ ③ㄹ

④ㄴ, ㄷ ⑤ㄷ, ㄹ

ㄱ. 강철솜을가열한다.

ㄴ. 나무를연소시킨다.

ㄷ. 묽은염산에조개껍데기를넣는다.

ㄹ. 탄산 나트륨 수용액에 염화 칼슘 수용액을 넣

는다.

보기

답_ ③ 해설_̀ ㄱ은산소와결합하여질량이증가하고, ㄴ과ㄷ은기체가

발생하여질량이감소한다. ㄹ은탄산칼슘의흰색앙금이생성

되는반응으로서열린용기에서반응시켜도질량의변화가없다.

답_ ③ 해설_̀ 철과황이반응할때철 7g과황 4g이반응하면황화철

11g이생성된다. 따라서황화철33g을만들기위해서필요한철

의양은황화철11g을만들때반응한철7g의3배인21g이다.

답_ ⑴(나) 27 (다) 32 ⑵1 : 8 ⑶질량보존법칙, 일정성분비법칙

해설_̀ ⑵수소2 g과산소16 g이반응하여물이생성되므로수소의질량

:산소의질량＝1 : 8이다.

답_ 2Mg(s)+O™(g) 1⁄ 2MgO(s)해설_̀ 마그네슘은금속이므로분자로표현할수없으며, 산소기체는산

소원자2개가모여산소1분자를만든다.

답_ ② 해설_̀ 수소와 산소의 질량비는 1 : 8이고, 화학 반응식에서

계수비는반응물질과생성물질의분자수의비에해당한다.

해설_̀ ⑶화학반응식에서반응한기체와생성된기체의부피비는각기

체분자의개수비와같다.

답_ ⑴2CO(g)+O™(g)→2CO™(g) ⑵1:1 ⑶2:1:2

086~111 2단원②-ok 2014.12.24 6:49 PM 페이지110 DK

대단원마무리 111

설탕 과자를 만들어 먹

을 때 설탕이 녹은 다음

베이킹파우더를넣어주

면 부풀어 오른다. 베이

킹파우더의변화는어떤

종류의 화학 반응인지

쓰고, 이화학반응에대해설명하시오.

1

개념 응용하기

그림은 오랫동안 산성비를

맞은 대리석 조각의 모습

이다. 이경우에도질량보

존 법칙이 성립하는지 설

명하시오.

4

그래프는 마그네슘이 연소될 때 마그네슘과 산

화마그네슘의질량관계를나타낸것이다.

5

양초와 뷰테인은 모두 연소시키면 화학 반응이

일어나는물질이다. 두물질중에서뷰테인은특

별한장치를사용하여연소반응을시키는데, 그

이유는무엇인지설명하시오.

3

탐구력기르기

탐구력기르기창의력키우기

창의력키우기

마그네슘 30g을공기중에서완전연소시킬때

필요한산소의질량을구하시오. 이때질량을구

하는과정을함께설명하시오.

황화철(FeS)은그림과같이황가루와철가루를

반응시켜얻을수있다.

6

( )

6

5

4

1 2 3 4

3

1

2

0g

(g)

탐구력기르기

⑴위의반응을화학반응식으로나타내시오.

⑵위의반응으로부터일정성분비법칙을설명

하시오.

두기체를모으는방법의차이를바탕으로분해

실험 결과 발생하는 기체의 특성을 비교해 보

시오.

그림은기체를얻는분해실험장치이다.2

탐구력기르기

황가루+철가루 황화철

답_ 베이킹파우더의주성분은탄산수소나트륨이다. 탄산수소나트륨을

가열하면이산화탄소기체가빠져나오므로설탕과자가부풀어오르는

것이다. 따라서이화학반응은한물질이성질이다른새로운물질로나

누어지는분해반응이다.

답_ (가)에서발생하는기체는산소이고, (나)에서발생하는기체는이산

화탄소이다. 산소는물속에서모으는것으로보아물에녹지않고, 이산

화탄소는아래쪽으로모으는것으로보아공기보다무겁다.

답_ 뷰테인가스는상온에서기체상태이며, 연소시킬때폭발할수있다.

따라서양초와는달리특별한장치를사용하여빠져나오는가스의양을

조절해야한다.

답_ 대리석은탄산칼슘(CaCO£)으로이루어져있다. 탄산칼슘은산성

물질과반응하여물과이산화탄소가생성된다. 따라서산성비에의해대

리석조각이부식될때이산화탄소는공기중으로날아가고물은씻겨

내려가면서원래모양과다르게변한다. 그러나반응물질과생성물질의

질량이변하지않아질량보존법칙이성립한다.

답_ 마그네슘30 g을공기중에서완전연소시킬때필요한산소의양

(x)은3 : 2=30 : x에서x=20g이다.

⑵황화철은황원자1개와철원자1개가화합하여

생성되므로, 황과철의질량비가일정하다. 따라서일정성분비법칙이성립한다.

답_ ⑴Fe(s)+S(s)→FeS(s)

086~111 2단원②-ok 2014.12.24 6:49 PM 페이지111 DK