# 다음 조건에서 혼합 용액의 pH를 구하는 과정으로 옳은 것은?

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> subject: 수용액 산염기 적정

## 문제

다음 조건에서 혼합 용액의 pH를 구하는 과정으로 옳은 것은?

0.1 M HCl 50 mL와 0.1 M NaOH 30 mL를 혼합하였다.
• 혼합 후 총 부피 = 80 mL
• 25°C, Kw = 1.0 × 10⁻¹⁴

## 보기

1. 중화점이므로 pH = 7.0으로 결정한다.
2. 과량의 H⁺ 농도를 계산하여 pH = -log[H⁺]로 구한다. **✔ 정답**
3. 완충 용액으로 간주하여 Henderson-Hasselbalch 식을 적용한다.
4. 과량의 OH⁻ 농도를 계산하여 pOH로 pH를 구한다.
5. 약산이 과량이므로 Ka를 이용한 평형 계산을 적용한다.

**정답: 2**

## 해설

HCl(강산) 몰수 = 0.1 × 0.05 = 0.005 mol. NaOH(강염기) 몰수 = 0.1 × 0.03 = 0.003 mol. 중화 후 H⁺ 과량 = 0.005 - 0.003 = 0.002 mol. 혼합 부피 = 80 mL = 0.08 L. [H⁺] = 0.002/0.08 = 0.025 M. pH = -log(0.025) ≈ 1.60. 강산이 과량이므로 과량의 H⁺ 농도로 직접 pH를 계산한다.

## 심화 해설

핵심 해설
이 문제는 강산과 강염기를 혼합했을 때 최종 pH를 계산하는 방법을 묻는 **용액 화학** 문제예요. 약학에서도 약물의 용해도, 제형의 pH 안정성, 생체 내 pH 조건에서의 약물 분포를 이해하는 데 중요한 기초 개념이에요.

**핵심 개념 분석 (Key Concept)**: 문제의 핵심은 강산(Strong Acid)과 강염기(Strong Base)의 중화 반응 후, 어떤 종이 과량으로 남는지를 정확히 계산하는 것이에요. HCl과 NaOH는 모두 100% 이온화하는 강전해질이므로, 반응 후 남는 이온의 농도를 직접 계산하여 pH를 구할 수 있어요.

**정답 근거 (Answer Rationale)**: 핵심! 정답은 ②번 "**과량의 H⁺ 농도를 계산하여 pH = -log[H⁺]로 구한다.**"입니다.
1.  **몰수 계산**: HCl 몰수 = 0.1 M × 0.05 L = 0.005 mol, NaOH 몰수 = 0.1 M × 0.03 L = 0.003 mol.
2.  **중화 반응**: H⁺ + OH⁻ → H₂O. NaOH 0.003 mol이 HCl 0.005 mol의 H⁺ 중 0.003 mol을 중화합니다.
3.  **잔여 이온 계산**: 중화 후 남은 H⁺ 몰수 = 0.005 - 0.003 = 0.002 mol. 혼합 후 총 부피는 80 mL(0.08 L)이므로, [H⁺] = 0.002 mol / 0.08 L = 0.025 M.
4.  **pH 계산**: pH = -log[H⁺] = -log(0.025) ≈ 1.60. 따라서 강산(H⁺)이 과량이므로, 과량의 H⁺ 농도를 계산하는 방법이 정확합니다.

**오답 분석 (Distractor Analysis)**:

혼동 주의! ①번 "중화점이므로 pH = 7.0으로 결정한다.": 이는 강산과 강염기의 몰수가 정확히 같을 때만 성립해요. 이 문제에서는 HCl이 과량이므로 중화점에 도달하지 않았어요.

혼동 주의! ③번 "완충 용액으로 간주하여 Henderson-Hasselbalch 식을 적용한다.": Henderson-Hasselbalch 식은 약산과 그 짝염기가 공존하는 완충계에 적용하는 공식이에요. 이 문제는 강산과 강염기만 존재하므로 완충계가 형성되지 않아요.

혼동 주의! ④번 "과량의 OH⁻ 농도를 계산하여 pOH로 pH를 구한다.": 이 경우는 강염기(NaOH)가 과량일 때 적용하는 방법이에요. 계산 결과 H⁺가 과량이므로 이 방법은 틀려요.

혼동 주의! ⑤번 "약산이 과량이므로 Ka를 이용한 평형 계산을 적용한다.": 문제에 사용된 HCl은 강산이지 약산이 아니에요. 약산의 경우 불완전 해리로 인해 평형 상수(Ka)를 고려해야 하지만, 여기서는 필요하지 않아요.

**연관 개념 정리 (Related Concepts)**:

약학에서 pH 계산은 매우 중요해요. 예를 들어, 위액(pH 1-3)에서의 약물 용해도, 소장(pH 6-7.4)에서의 약물 흡수, 약물의 pKa와 이온화 정도에 따른 생체이용률(Bioavailability) 예측 등에 활용돼요. 특히 pH-분배 가설(pH-partition hypothesis)을 이해하는 데 필수적인 기초예요.

개념 정리

| 상황 | 계산 방법 | 적용 조건 |
| --- | --- | --- |
| 강산 + 강염기 (산 과량) | pH = -log(잔여 [H⁺]) | H⁺ 몰수 > OH⁻ 몰수 |
| 강산 + 강염기 (염기 과량) | pOH = -log(잔여 [OH⁻]), pH = 14 - pOH | OH⁻ 몰수 > H⁺ 몰수 |
| 강산 + 강염기 (정확히 중화) | pH = 7 (25°C) | H⁺ 몰수 = OH⁻ 몰수 |
| 약산 + 강염기 (또는 그 반대) | Henderson-Hasselbalch 식 또는 평형 계산 | 완충계 형성 가능 |

한눈에 비교!

| 용액 유형 | 주요 특징 | pH 계산 핵심 |
| --- | --- | --- |
| 강산/강염기 용액 | 100% 해리, [H⁺] 또는 [OH⁻] 직접 계산 가능 | 농도 → pH (또는 pOH) 직접 변환 |
| 약산/약염기 용액 | 불완전 해리, 평형 존재 | 해리상수(Ka 또는 Kb)를 이용한 평형 계산 필요 |
| 완충 용액 | 약산-짝염기 쌍 존재, pH 변화에 저항 | Henderson-Hasselbalch 식: pH = pKa + log([염기]/[산]) |

약리기전 포인트
pH 개념은 약물의 흡수(Absorption)와 직접 연결돼요. 비이온화 형태는 지질 이중층을 통과하기 쉬워요. 위의 낮은 pH 환경에서는 약한 염기성 약물이 양성자화되어 이온화되므로 흡수가 적고, 약한 산성 약물은 비이온화 형태로 존재해 흡수가 상대적으로 좋을 수 있어요. 반대로 장의 중성 pH에서는 그 반대 현상이 일어나요.

암기 팁
"**강산강염기는 몰수 빼기**"라고 외우세요. 두 강전해질을 섞으면, 먼저 몰수를 구해 서로 빼서 어떤 이온이 얼마나 남는지 확인한 후, 남은 이온의 농도로 pH나 pOH를 구하면 돼요.

국시 빈출 포인트
이 유형의 문제는 **약제학** 파트에서 약물의 용해도 및 안정성, **약동학** 파트에서 pH-분배 가설과 연계되어 출제될 수 있어요. 단순 계산뿐 아니라, "어떤 조건에서 Henderson-Hasselbalch 식을 써야 하는가?"를 구분하는 능력을 평가하는 문제가 자주 나와요.

기출 변형 주의!
변형 문제로 "0.1 M 약산(HA, Ka=1.0×10⁻⁵) 50 mL와 0.1 M NaOH 30 mL를 혼합한 용액의 pH는?" 같은 문제가 나올 수 있어요. 이때는 약산-짝염기(A⁻) 쌍이 형성되어 완충계가 만들어지므로, Henderson-Hasselbalch 식을 적용해야 해요. 조건을 정확히 읽고 '강'인지 '약'인지 구분하는 훈련이 필요해요.

## 임상 시나리오

약국/임상 실무 가이드
**임상 시나리오 (Clinical Scenario)**: "약사 선생님, 이 경구 현탁액을 만들 때 증류수 대신 pH가 조정된 완충 용액을 사용해야 한다고 들었어요. 왜 그런가요?"라는 약국 실습생의 질문을 받았어요. 또는, 위산분비억제제(Proton Pump Inhibitor)를 복용하는 환자에게 어떤 약물의 흡수가 영향을 받을지 평가할 때 pH의 역할을 이해해야 해요.

**복약지도 및 중재 전략 (Counseling & Intervention)**:
1.  **제형 안정성**: 많은 약물, 특히 단백질 약물(Protein Drugs)이나 일부 항생제는 특정 pH 범위에서만 안정해요. 조제 시 pH가 맞지 않는 용매를 사용하면 약효가 떨어지거나 분해될 수 있어요. 따라서 제조법에 명시된 용매를 정확히 사용해야 해요.
2.  **환자 복약지도**: 위산분비억제제(PPI)를 장기 복용하는 환자의 경우, 위 내 pH가 상승하여 케토코나졸(Ketoconazole)이나 아이토리노빈(Itraconazole) 같은 약산성 항진균제의 흡수가 현저히 감소할 수 있어요. 이때는 위산이 필요하지 않은 플루코나졸(Fluconazole)로 변경하거나, 산성 음료(예: 콜라)와 함께 복용하도록 특별 지도가 필요할 수 있어요.
3.  **요로감염 치료**: 메테나민(Methenamine) 같은 약물은 산성 소변(pH < 6)에서만 포름알데히드로 전환되어 살균 작용을 해요. 따라서 이 약을 처방받은 환자에게는 소변을 산성화시키기 위해 아스코르브산(Ascorbic Acid, 비타민 C)을 함께 복용하도록 지도하거나, 알칼리성 음식/제제(탄산수, 제산제)를 피하도록 조언해야 해요.

**환자 안전 및 주의사항 (Precautions)**:
-   핵심! 약물 상호작용 평가 시, 위장관 pH 변화를 유발하는 약물(제산제, H₂ 차단제, PPI)의 영향을 고려하세요.
-   신장 기능 저하 환자에서 암포테리신 B 리포솜(Amphotericin B Liposomal)을 정맥 주사할 때, 용액의 pH가 혈장과 크게 다르면 정맥염 위험이 증가할 수 있어 주의가 필요해요.

복약지도 프로토콜
-   **pH 의존적 흡수 약물**: 위산분비억제제, 제산제와 최소 2시간 간격을 두고 복용하도록 지도하세요.
-   **소변 pH 조절이 필요한 약물**: 메테나민, 일부 퀴놀론계 항생제 등은 소변 pH 모니터링이 필요할 수 있어요.
-   **위장 자극이 심한 약물**: 비스테로이드성 항염증제(NSAIDs) 등은 위장 점막 보호를 위해 식사 직후 복용하여 위 내 pH가 높은 상태에서 복용하도록 권고해요.

선배 약사의 한마디
"pH는 단순한 화학 문제가 아니에요. 약이 체내에서 어떻게 움직이고 작용할지를 결정하는 핵심 열쇠 중 하나예요. 약국에서 조제하는 현탁액의 안정성부터, 복잡한 약물상호작용을 예측하는 데까지 pH 지식은 필수 무기예요. 기초를 탄탄히 해두면, 복잡한 처방전을 볼 때 '아, 이 약은 위 pH가 바뀌면 효과가 떨어지겠구나' 하고 한눈에 파악하는 통찰력을 키울 수 있어요!"

## 핵심 개념

- **강산 (Strong Acid)** — 수용액에서 거의 100% 이온화하여 H⁺(또는 H₃O⁺)를 내놓는 산. HCl, H₂SO₄, HNO₃ 등이 대표적입니다.
- **강염기 (Strong Base)** — 수용액에서 거의 100% 이온화하여 OH⁻를 내놓는 염기. NaOH, KOH 등 알칼리 금속의 수산화물이 대표적입니다.
- **중화 반응 (Neutralization Reaction)** — 산과 염기가 반응하여 염과 물을 생성하는 반응. H⁺ + OH⁻ → H₂O가 핵심 반응입니다.
- **pH** — 수소 이온 활동도의 척도로, pH = -log₁₀[H⁺]로 정의됩니다. 7은 중성, 7 미만은 산성, 7 초과는 염기성을 나타냅니다.
- **Henderson-Hasselbalch 식** — 완충 용액의 pH를 계산하는 식으로, pH = pKa + log([짝염기]/[약산])입니다. 약산과 그 짝염기의 농도 비율에 따라 pH가 결정됩니다.

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