화학 고2 화학의 언어

화학 반응식

Q: 계수 1은 왜 안 쓰나요?

생략하기로 약속했기 때문입니다. CH4 앞에 아무것도 없으면 계수가 1이라는 뜻입니다. 다만 계수를 세는 문제에서는 생략된 1도 반드시 함께 세야 합니다.

Q: 계수가 분수여도 되나요?

열화학 반응식처럼 특정한 물질 1,mol을 기준으로 맞출 때는 12O2 같은 분수 계수를 씁니다. 하지만 일반적인 화학 반응식은 가장 간단한 정수비로 씁니다 — 분자 반쪽이 반응하는 일은 없다는 뜻을 담기 위해서입니다.

반응물과 생성물을 화학식으로 나타내고 계수를 맞추어 질량 보존 법칙을 표현한 식이다.

화학 반응식은 반응물과 생성물을 화학식으로 적고 계수를 맞춰, 반응 전후로 원자의 종류와 개수가 보존된다는 사실을 나타낸 식입니다.

화학 반응은 레고를 부수는 게 아니라 다시 조립하는 일입니다. 블록의 개수는 그대로이고 붙는 방식만 바뀝니다 — 반응식의 계수는 그 개수를 양쪽에서 맞춰 놓은 장부입니다.

쉽게 말하면

화학 반응의 규칙성에서 배운 질량 보존 법칙은 결국 '원자가 새로 생기거나 사라지지 않는다'는 말입니다. 반응식의 계수를 맞추는 일은 이 사실을 식으로 옮기는 작업일 뿐, 따로 외워야 할 규칙이 아닙니다.

$C H_{4} + 2 O_{2} \to C O_{2} + 2 H_{2} O$

왼쪽에 $C$ 1개, $H$ 4개, $O$ 4개가 있고 오른쪽에도 똑같이 $C$ 1개, $H$ 4개, $O$ 4개가 있습니다. 계수를 맞춘다는 것은 이 개수 맞추기를 끝냈다는 뜻입니다.

계수는 단순히 원자 개수를 맞추는 숫자를 넘어, 그 자체가 분자(또는 몰)의 개수비입니다. 위 식은 '메테인 분자 1개에 산소 분자 2개가 반응한다'고도 읽고, '메테인 $1 mol$ 에 산소 $2 mol$ 이 반응한다'고도 읽습니다. 이 두 번째 읽기가 양적 관계(화학량론) 전체를 떠받치는 기둥입니다.

반응식에는 상태도 함께 적습니다: 고체 $(s)$ , 액체 $(l)$ , 기체 $(g)$ , 수용액 $(a q)$ . 같은 물질이라도 상태에 따라 반응이 달라지므로, 특히 수용액 반응에서는 상태 표시가 정보를 담고 있습니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

물의 생성 — 계수를 맞추는 과정

$H_{2} + O_{2} \to H_{2} O ⟹ 2 H_{2} + O_{2} \to 2 H_{2} O$

맞추기 전에는 왼쪽 산소가 2개, 오른쪽이 1개라 맞지 않습니다. $H_{2} O$ 앞에 2를 붙여 산소를 맞추면 수소가 4개가 되므로 $H_{2}$ 앞에도 2를 붙입니다. 이제 양쪽 다 $H$ 4개, $O$ 2개입니다.
예시 2

암모니아 합성 — 계수는 기체의 부피비이기도 합니다

$N_{2} (g) + 3 H_{2} (g) \to 2 N H_{3} (g)$

같은 온도·압력에서 기체는 몰수에 비례해 부피를 차지하므로, 계수비 $1 : 3 : 2$ 는 그대로 부피비이기도 합니다. 질소 $1 L$ 와 수소 $3 L$ 가 반응하면 암모니아 $2 L$ 가 나옵니다 — 총 부피가 줄어드는 데 주목하세요.
예시 3

탄산 칼슘의 분해

$CaC O_{3} (s) \to CaO (s) + C O_{2} (g)$

석회석을 가열하면 기체가 빠져나가 남은 고체가 가벼워집니다. 질량이 '없어진' 것이 아니라 $C O_{2}$ 가 되어 공중으로 날아간 것입니다. 밀폐 용기에서 하면 전체 질량은 변하지 않습니다.

순서대로 하면

계수 맞추는 순서

1먼저 반응물과 생성물의 화학식을 정확히 씁니다. 이 화학식은 이후에 절대 건드리지 않습니다.
2여러 물질에 걸쳐 나오는 원소( $O$ , $H$ 같은 것)는 뒤로 미루고, 한 물질에만 들어 있는 원소부터 맞춥니다.
3탄소 → 수소 → 산소 순서로 맞추면 유기물 연소 반응이 대체로 술술 풀립니다.
4분수가 나오면 식 전체에 같은 수를 곱해 가장 간단한 정수비로 만듭니다.
5마지막으로 양쪽 원자 수를 원소별로 세어 검산하고, 상태 표시 $(s)$ , $(l)$ , $(g)$ , $(a q)$ 를 붙입니다.

자주 하는 오해

계수를 맞추려고 화학식의 아래 첨자를 고치기

이렇게 생각하기 쉬움

H_{2} + O_{2} \to H_{2} O_{2}

로 쓰면 산소가 딱 맞는다

실제로는첨자는 절대 건드리지 않습니다. 앞의 계수만 바꿔

2 H_{2} + O_{2} \to 2 H_{2} O

로 맞춥니다.

첨자를 바꾸는 순간 다른 물질이 됩니다.

H_{2} O

는 물이고

H_{2} O_{2}

는 소독약으로 쓰는 과산화 수소로, 성질이 전혀 다릅니다. 반응식은 '어떤 물질이 어떤 물질로 바뀌는가'를 적는 것이므로 물질 자체를 바꿔 버리면 그 식은 거짓이 됩니다. 계수는 '몇 개가 참여하는가'만 조절할 뿐입니다.

반응 전후로 분자 수도 보존된다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움질량이 보존되니 분자 개수도, 기체의 총 부피도 보존된다

실제로는보존되는 것은 원자의 종류와 개수(그리고 총 질량)입니다. 분자 수는 얼마든지 변할 수 있습니다.

N_{2} + 3 H_{2} \to 2 N H_{3}

에서 반응 전 분자는 4개인데 반응 후에는 2개입니다. 원자는 8개 그대로이지만 묶이는 방식이 바뀌어 분자 수가 절반이 된 것입니다. 그래서 기체 반응에서 총 부피는 줄기도 늘기도 합니다. 질량 보존과 부피 보존을 한 덩어리로 외우면 이 지점에서 반드시 틀립니다.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

화학 반응의 규칙성중3

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

양적 관계(화학량론)고2

같은 단원의 개념 — 화학의 언어

몰(mol)과 아보가드로수고2 몰농도고2 실험식과 분자식고2 양적 관계(화학량론)고2 원자량과 화학식량고2 한계 반응물과 수율고2 ppm 농도고2

자주 묻는 질문

Q1계수 1은 왜 안 쓰나요?

생략하기로 약속했기 때문입니다.

C H_{4}

앞에 아무것도 없으면 계수가 1이라는 뜻입니다. 다만 계수를 세는 문제에서는 생략된 1도 반드시 함께 세야 합니다.

Q2계수가 분수여도 되나요?

열화학 반응식처럼 특정한 물질

1 mol

을 기준으로 맞출 때는

\frac{1}{2} O_{2}

같은 분수 계수를 씁니다. 하지만 일반적인 화학 반응식은 가장 간단한 정수비로 씁니다 — 분자 반쪽이 반응하는 일은 없다는 뜻을 담기 위해서입니다.

Q3화살표는 왜 등호가 아니라 화살표인가요?

반응이 왼쪽에서 오른쪽 방향으로 진행된다는 뜻을 담기 위해서입니다. 양쪽으로 모두 진행되는 가역 반응은 양방향 화살표로 표시합니다.

교육과정 2022 개정 · 고2 화학 · 화학의 언어 수록 기본 (교육과정 단원)

출처 교육부 고시 제2022-33호 (2022 개정 교육과정) · NCIC 국가교육과정정보센터

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