화학 반응이란? 반응이 일어났는지 어떻게 알까?
화학 반응은 성질이 다른 새로운 물질이 만들어지는 변화예요. 처음에 있던 물질은 반응물, 새로 생긴 물질은 생성물이라고 불러요.
반응이 일어났다는 것을 알려 주는 징후는 다음과 같아요.
- 색깔이 변해요 (반짝이는 철못이 황산구리 용액에서 갈색으로 변해요).
- 기체 방울이 나와요 (아연을 묽은 산에 넣으면 수소가 나와요).
- 온도가 변해요 (생석회를 물에 넣으면 뜨거워져요).
- 용액 속에서 고체(앙금)가 생겨요.
- 상태나 냄새가 변해요 (우유가 상해서 시큼해져요).
화학 반응식 쓰기
말 반응식은 이름으로 써요: 마그네슘 + 산소 → 산화 마그네슘. 화학 반응식은 화학식으로 써요: Mg + O₂ → MgO. 반응물은 왼쪽, 생성물은 오른쪽에 쓰고, 화살표는 "~로 변한다"는 뜻이에요.
화학식은 맞지만 원자 수가 양쪽에서 다른 식을 골격 반응식이라고 해요. Mg + O₂ → MgO는 골격 반응식이에요. 왼쪽 O는 2개, 오른쪽 O는 1개예요.
화학 반응식 균형 맞추기, 단계별로
반응에서 질량은 새로 생기거나 사라지지 않아요(질량 보존의 법칙). 그래서 원자의 종류별 개수가 양쪽에서 같아야 해요.
시행착오(어림잡기) 방법
- 올바른 화학식으로 골격 반응식을 써요.
- 양쪽의 원자 수를 표로 만들어요.
- 원자가 가장 많은 화합물, 그리고 가장 적은 곳에 나오는 원소부터 시작해요.
- 계수(앞의 숫자)를 붙여서 그 원소의 개수를 맞춰요. 아래 첨자는 절대 바꾸지 마세요. H₂O와 H₂O₂는 서로 다른 물질이에요.
- 원소를 하나씩 맞춰요. H와 O는 마지막에 해요.
- 모든 원자를 다시 세어요. 계수는 가장 작은 자연수로 해요.
화면에서 해 본 예
Fe + H₂O → Fe₃O₄ + H₂. Fe₃O₄에 원자가 가장 많으니 O부터 시작해서 왼쪽에 4H₂O를 써요. 그다음 H는 왼쪽이 8개이므로 오른쪽에 4H₂를 써요. 마지막으로 Fe는 왼쪽에 3Fe를 써요. 균형이 맞았어요: 3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂.
반응식을 더 자세하게: 상태 기호와 반응 조건
화학식 뒤에 물질의 상태를 붙여요: (s) 고체, (l) 액체, (g) 기체, (aq) 수용액, 즉 물에 녹은 상태예요. 예: 3Fe(s) + 4H₂O(g) → Fe₃O₄(s) + 4H₂(g). 여기서 물 뒤의 (g)는 수증기를 쓴다는 뜻이에요.
열(Δ), 빛, 촉매, 온도, 압력 같은 조건은 화살표 위나 아래에 써요. 예: CO(g) + 2H₂(g) → CH₃OH(l), 340 atm.
시험 팁: 균형 맞추기 문제는 거의 매년 나오고, 보통 1~2점이에요. "상태 기호를 넣어 균형 잡힌 반응식을 쓰시오"는 3점짜리 문제로도 자주 나와요.
핵심 공식과 정의
- 반응물 → 생성물
- 질량 보존의 법칙: 반응물의 총질량 = 생성물의 총질량
- 계수 × 아래 첨자 = 원자의 개수 (2H₂O에는 H 4개, O 2개)
- 상태 기호: (s) 고체, (l) 액체, (g) 기체, (aq) 물에 녹은 상태
- 화살표 위의 Δ = 열을 가한다
풀이 예제
1. 균형을 맞추세요: H₂ + Cl₂ → HCl
왼쪽: H 2개, Cl 2개. 오른쪽: H 1개, Cl 1개. HCl 앞에 2를 써요: H₂ + Cl₂ → 2HCl. 이제 양쪽 모두 H 2개, Cl 2개예요.
2. 균형을 맞추세요: Mg + O₂ → MgO
산소: 왼쪽 2개, 오른쪽 1개이므로 2MgO를 써요. 그러면 오른쪽 Mg가 2개이므로 2Mg를 써요. 답: 2Mg + O₂ → 2MgO.
3. 균형을 맞추세요: N₂ + H₂ → NH₃
N: 왼쪽이 2개이므로 2NH₃. 그러면 오른쪽 H가 6개이므로 왼쪽에 3H₂. 답: N₂ + 3H₂ → 2NH₃.
4. 균형을 맞추세요: CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O
C는 1 = 1. H: 왼쪽이 4개이므로 2H₂O. 오른쪽 O = CO₂의 2개 + 2H₂O의 2개 = 4개이므로 2O₂. 답: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O.
5. 균형을 맞추고 상태 기호를 쓰세요: Fe + H₂O → Fe₃O₄ + H₂ (수증기를 사용한다).
O: Fe₃O₄에 4개 → 4H₂O. H: 8개 → 4H₂. Fe: 3개 → 3Fe. 답: 3Fe(s) + 4H₂O(g) → Fe₃O₄(s) + 4H₂(g).
6. 균형을 맞추세요: Al + O₂ → Al₂O₃
O: 왼쪽 2개, 오른쪽 3개. 2와 3의 최소공배수는 6이므로 3O₂와 2Al₂O₃를 써요. 그러면 오른쪽 Al이 4개이므로 4Al. 답: 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃.
자주 하는 실수
- 균형을 맞추려고 아래 첨자를 바꾸는 것 (2H₂O 대신 H₂O₂라고 쓰기). 그러면 다른 물질이 돼요.
- 계수가 화학식 안의 모든 원자에 곱해진다는 것을 잊는 것: 3H₂O에는 H가 6개, O가 3개 있어요.
- 분수나 가장 작은 수가 아닌 계수로 답을 끝내는 것, 예를 들어 4H₂ + 2O₂ → 4H₂O. 공약수로 나누어야 해요.
- (l)과 (aq)를 헷갈리는 것: 물 자체는 (l), 물에 녹은 소금은 (aq)예요.