화학 고3 용액의 성질

몰 분율

Q: 몰 분율에는 왜 단위가 없나요?

몰수를 몰수로 나눴기 때문입니다. 분자와 분모의 mol이 약분되어 순수한 비율만 남습니다. 그래서 백분율로 바꿔 쓰기도 합니다.

Q: 이온 결합 물질은 몰 분율을 어떻게 세나요?

용액 속에서 실제로 존재하는 입자를 세는 것이 목적이라면, NaCl 1,mol은 Na+ 1,mol과 Cl- 1,mol, 합쳐서 2,mol의 입자로 셉니다. 문제에서 무엇을 묻는지 먼저 확인하세요.

혼합물에서 특정 성분의 몰수를 전체 몰수로 나눈 값(χ_i = n_i/n_total). 라울 법칙·기체 분압 계산에 사용된다.

혼합물에서 어떤 성분의 몰수를 전체 몰수로 나눈 값으로, 그 성분이 입자 수로 따져 몇 퍼센트를 차지하는지를 나타내는 단위 없는 비율입니다.

교실에 있는 사람 중 학생의 비율을 구하는 것과 같습니다. 학생의 몸무게나 키는 상관없고 '몇 명 중 몇 명'만 셉니다. 몰 분율도 입자의 크기나 무게가 아니라 '개수의 비율'입니다.

쉽게 말하면

몰 분율은 정의만 보면 단순한 나눗셈입니다.

$χ_{i} = \frac{n _{i}}{n _{전체}}$

하지만 두 가지 성질이 이 값을 특별하게 만듭니다. 첫째, 단위가 없습니다. 몰수를 몰수로 나눴으니 $mol$ 이 약분되어 순수한 비율만 남습니다. 둘째, 모든 성분의 몰 분율을 더하면 반드시 $1$ 이 됩니다. 그래서 두 성분 혼합물에서 하나를 알면 나머지는 자동으로 정해집니다.

왜 굳이 개수의 비율을 따로 정의할까요? 입자 수에만 의존하는 현상이 있기 때문입니다. 기체의 부분 압력이 그렇습니다. 같은 부피·같은 온도의 용기 안에서 각 기체가 만드는 압력은 그 기체 분자가 몇 개인지에 비례하므로, 부분 압력은 전체 압력에 몰 분율을 곱한 값이 됩니다.

$P_{i} = χ_{i} \times P_{전체}$

용액 쪽에서는 증기압 내림 의 라울 법칙이 몰 분율로 쓰입니다. 용액의 증기압이 순수 용매 증기압에 용매의 몰 분율을 곱한 값이 되는데, 이는 액체 표면에서 용매 분자가 차지하는 자리의 비율이 곧 몰 분율이기 때문입니다.

몰수를 다루므로 출발점은 언제나 몰(mol)과 아보가드로수 입니다. 질량이나 부피로 주어진 값을 반드시 몰수로 먼저 바꿔야 합니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

설탕물의 몰 분율

$χ_{설탕} = \frac{0.1}{0.1 + 1.0} \approx 0.091, χ_{H_{2} O} \approx 0.909$

설탕 $0.1 mol$ 과 물 $1.0 mol$ 을 섞었을 때의 몰 분율입니다. 두 값을 더하면 $1$ 이 되는지 확인하는 것이 검산 방법입니다.
예시 2

공기 중 산소의 부분 압력

$P_{O_{2}} = 0.21 \times 1 atm \approx 0.21 atm$

공기 중 산소의 몰 분율이 약 $0.21$ 이므로, 대기압이 $1 atm$ 일 때 산소의 부분 압력은 약 $0.21 atm$ 입니다. 산소가 물에 얼마나 녹는지도 이 값으로 결정됩니다.
예시 3

질량비와 몰 분율은 다르다

물 $18 g$ 과 에탄올 $46 g$ 을 섞으면 질량으로는 에탄올이 훨씬 많아 보입니다. 그러나 몰수로 바꾸면 둘 다 $1 mol$ 이라 몰 분율은 각각 $0.5$ 로 같습니다. 무게가 아니라 개수를 센다는 것이 이런 뜻입니다.

자주 하는 오해

질량 비율을 그대로 몰 분율로 쓰기

이렇게 생각하기 쉬움용질과 용매의 질량비가

1 : 9

이니 몰 분율도

0.1

과

0.9

실제로는각각을 몰질량으로 나눠 몰수로 바꾼 뒤에 비율을 내야 합니다. 몰질량이 다르면 질량비와 몰비는 전혀 다른 값이 됩니다.

몰 분율은 '개수의 비율'이지 '무게의 비율'이 아닙니다. 무거운 분자는 같은 질량이어도 개수가 적습니다. 물(

18

)과 설탕(

342

)을 같은 질량 섞으면 물 분자가 개수로는 열아홉 배 가까이 많습니다. 이 변환을 건너뛰면 라울 법칙 계산이 완전히 어긋납니다.

분모에 용매의 몰수만 넣기

이렇게 생각하기 쉬움

χ_{용질} = \frac{용질 몰수}{용매 몰수}

실제로는분모는 용질과 용매를 모두 더한 전체 몰수입니다.

몰랄 농도가 '용매 기준'이라는 것을 방금 배운 탓에 몰 분율도 용매로 나눈다고 착각하기 쉽습니다. 그러나 몰 분율은 '전체 중 차지하는 몫'이라는 뜻이므로 분모가 전체여야 하고, 그래야 모든 성분의 몰 분율 합이

1

이 됩니다. 계산 후 합이

1

인지 확인하면 이 실수를 바로 잡을 수 있습니다.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

몰(mol)과 아보가드로수고2

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

없음 — 이 개념이 마지막입니다

같은 단원의 개념 — 용액의 성질

끓는점 오름고3 몰랄 농도고3 삼투압고3 어는점 내림고3 용액의 총괄성고3 용해 과정과 용해열고3 용해도고3 증기압 내림고3 헨리 법칙고3

자주 묻는 질문

Q1몰 분율에는 왜 단위가 없나요?

몰수를 몰수로 나눴기 때문입니다. 분자와 분모의

mol

이 약분되어 순수한 비율만 남습니다. 그래서 백분율로 바꿔 쓰기도 합니다.

Q2이온 결합 물질은 몰 분율을 어떻게 세나요?

용액 속에서 실제로 존재하는 입자를 세는 것이 목적이라면,

NaCl

1 mol

은

N a^{+}

1 mol

과

C l^{-}

1 mol

, 합쳐서

2 mol

의 입자로 셉니다. 문제에서 무엇을 묻는지 먼저 확인하세요.

Q3몰 분율과 부피 비율은 같은가요?

기체 혼합물이라면 같은 온도·압력에서 부피비가 몰비와 같으므로 일치합니다. 하지만 액체 혼합물에서는 부피가 단순히 더해지지 않으므로 같다고 볼 수 없습니다.

교육과정 2022 개정 · 고3 화학 · 용액의 성질 수록 기본 (교육과정 단원)

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

오류 신고하기

몰 분율이 실제로 힘을 발휘하는 자리는 라울 법칙입니다. 증기압 내림 에서 확인해 보세요.

전체 연결 구조가 궁금하다면

초3~고3 과학 646개 개념의 연결을 한 화면에서 탐색할 수 있습니다.

몰 분율 지도에서 확인하기 →