메테인(CH4) 3mol이 완전연소할 때 생성되는 이산화탄소(CO2)의 부피는? (표준상태 몰부피 22.4L/mol)

메테인의 완전연소반응식 CH4+2O2→CO2+2H2O에서 CH4와 CO2의 몰수비는 1:1이다. 따라서 CH4 3mol이 반응하면 CO2도 3mol 생성되며, 표준상태 부피는 3mol×22.4L/mol=67.2L이다. 몰수를 절반으로 잘못 쓰거나 산소 계수 2를 CO2에 잘못 곱하면 다른 값이 나온다.
[근거 조문] 메테인 완전연소반응식의 몰수비(CH4:CO2=1:1)

메테인의 완전연소 반응식은 CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O입니다. 반응식의 계수비를 보면 메테인 1mol이 연소할 때 이산화탄소 1mol이 생성되므로, 메테인 3mol이 완전연소하면 이산화탄소도 3mol이 생성됩니다. 표준상태에서 기체 1mol의 부피는 22.4L이므로, 생성되는 이산화탄소의 부피는 3mol × 22.4L/mol = 67.2L가 됩니다.

화학반응식의 계수비는 반응물과 생성물의 몰수 비율을 그대로 나타내므로, 부피 계산은 몰수에 표준상태 몰부피를 곱하는 방식으로 접근합니다. 이 문제는 응급구조학 전공과목보다는 기초 화학 계산에 해당하지만, 병원전 처치에서 사용하는 의료용 가스(산소, 아산화질소 등)의 용기 잔량 계산이나 혼합가스의 농도 산정과 같은 실무적 계산 능력의 기초가 됩니다. 특히 산소 소요 시간을 추정하거나 가스 팽창에 따른 부피 변화를 이해할 때, 기체의 몰수와 부피 관계는 동일한 논리로 적용됩니다.

혼동 주의! 메테인 1mol당 이산화탄소 1mol이 생성된다는 계수비를 놓치고, 산소 2mol에 맞춰 계산하거나 메테인 3mol에 산소 계수 2를 곱하는 실수가 흔합니다. 생성물인 이산화탄소의 계수는 1이므로 메테인과 1:1 대응임을 먼저 확인해야 합니다.

핵심! 표준상태(0°C, 1기압)에서 모든 기체 1mol의 부피는 22.4L로 동일합니다. 기체의 종류와 무관하게 몰수만 알면 부피를 바로 환산할 수 있다는 점이 이 계산의 전제입니다.