핵심 해설
이 문제는
Volhard법(Volhard method)을 이용한
역적정(Back titration)으로 염화물(Cl⁻)의 함량을 구하는 분석화학 문제예요. Volhard법은 시료에 과량의
질산은(AgNO₃) 표준액을 넣어 염화물을 염화은(AgCl)으로 침전시키고, 미처 반응하지 못하고 남은 Ag⁺를
티오시안산암모늄(NH₄SCN) 표준액으로 역적정하는 방법이에요. 지시약으로는 철명반(Ferric alum, Fe³⁺)을 사용하며, 종말점에서 SCN⁻이 Ag⁺를 모두 소비한 후 Fe³⁺와 반응하여 붉은색의 Fe(SCN)²⁺를 형성하는 점을 이용해요.
핵심 개념 분석 (Key Concept):
핵심! 침전반응 후 역적정 문제는 항상
"처음 가해준 총 Ag⁺의 당량수"에서 "역적정에 소비된 SCN⁻의 당량수(즉, 남은 Ag⁺의 당량수)"를 빼주는 것이 포인트예요. 이 차이가 바로 시료 중 Cl⁻와 실제로 반응한 Ag⁺의 당량수이기 때문이에요.
정답 근거 (Answer Rationale):
문제를 계산하는 과정은 다음과 같아요.
1.
총 AgNO₃의 당량수(mEq) 계산: 0.1050 N × 50.00 mL =
5.250 mEq
2.
역적정에 사용된 NH₄SCN의 당량수(mEq) 계산: 0.09800 N × 12.50 mL =
1.225 mEq (이 값은 시료와 반응하지 않고 남은 Ag⁺의 당량수와 같아요)
3.
Cl⁻와 반응한 Ag⁺의 당량수 계산: 5.250 mEq (처음 양) - 1.225 mEq (남은 양) =
4.025 mEq
4.
Cl⁻의 질량(mg) 계산: Cl⁻ 1 mol = 1 당량이므로, 4.025 mEq × 35.45 mg/mEq =
142.69 mg = 0.14269 g
5.
함량 백분율(%) 계산: (0.14269 g / 0.3500 g) × 100 =
40.77%
따라서 계산된 값 40.77%에 가장 근접한 선택지는
41.2% (보기 5번)이에요.
오답 분석 (Distractor Analysis):
-
보기 1번 (33.7%): 계산 과정에서 Cl⁻의 당량을 잘못 구했거나, 분자량을 염화나트륨(NaCl) 등으로 오인하여 계산했을 때 나올 수 있는 오답이에요.
-
보기 2번 (29.5%): 역적정에 사용된 NH₄SCN의 당량수(1.225 mEq)만으로 Cl⁻의 질량을 계산했을 때의 값과 유사해요. 이는 역적정의 의미를 정반대로 이해한 전형적인 오류예요.
-
보기 3번 (37.8%): 총 AgNO₃ 당량수와 NH₄SCN 당량수를 더하는 실수(5.250 + 1.225 = 6.475 mEq)를 했을 때 나오는 값이에요.
혼동 주의! 역적정에서는 반드시 빼주어야 해요.
-
보기 4번 (26.1%): 계산 근거가 불분명한 오답이에요.
연관 개념 정리 (Related Concepts):
Volhard법은 산성 조건에서 적정을 수행하므로 탄산염(CO₃²⁻)이나 인산염(PO₄³⁻) 같은 음이온의 방해를 받지 않아 할로겐화물 정량에 유용해요. 반면,
Mohr법(Mohr method)은 중성 또는 약알칼리성 조건에서 크롬산칼륨(K₂CrO₄)을 지시약으로 사용하여 AgNO₃로 직접 적정하는 방법으로, 두 방법의 적정 조건과 지시약의 차이를 비교하여 알아두는 것이 중요해요.
개념 정리: Volhard법은 과량의 AgNO₃를 가한 후 남은 Ag⁺를 NH₄SCN으로 역적정하는 방법이다. Cl⁻ 함량 계산은 (총 Ag⁺ 당량수 - 역적정에 소비된 SCN⁻ 당량수) × Cl 원자량 / 시료 채취량 × 100 이다.
한눈에 비교!:
| 구분 | Mohr법 (직접적정) | Volhard법 (역적정) |
|---|
| 적정액 | AgNO₃ | AgNO₃ (과량 첨가 후 NH₄SCN으로 역적정) |
| 지시약 | K₂CrO₄ | 철명반 (Fe³⁺) |
| 적정 조건 | 중성 또는 약염기성 (pH 6.5~10.5) | 산성 (질산성) |
| 종말점 색 | Ag₂CrO₄ 적갈색 침전 | Fe(SCN)²⁺ 혈적색 용액 |
| 장점 | 간편함 | 산성 조건 가능, 방해 이온 적음 |
암기 팁: 역적정 문제는 "내가 넣어준 전체 양 - 남아서 적정된 양 = 실제 반응한 양"이라는 큰 그림을 기억하세요. 계산식에서 '빼기'를 '더하기'로 실수하지 않도록 주의해야 해요.
국시 빈출 포인트: Volhard법의 원리, 적정 조건(산성), 지시약(철명반), 종말점 색 변화는 매년 빠지지 않고 출제되는 단골 주제예요. 특히 역적정 계산 문제는 Mohr법, Fajans법과 함께 반드시 한 문제 이상 출제되므로 계산 연습을 충실히 해두어야 해요.
기출 변형 주의!: 단순 계산뿐만 아니라 "만약 AgCl 침전을 여과하지 않고 역적정하면 어떤 오차가 발생하는가?"와 같은 원리 응용 문제로도 출제될 수 있어요. AgCl이 SCN⁻과 반응하여 종말점이 지연되므로 Cl⁻ 함량이 실제보다 낮게 측정되는 오차가 발생한다는 점도 함께 학습해 두세요.