고2·3 화학Ⅰ의 「동적 평형과 pH」 단원은 물의 자동 이온화와 이온곱 상수, 수소 이온 농도와 pH의 관계, 산과 염기를 묽히거나 섞을 때의 pH 계산, 반응이 동적 평형에 이르는 과정을 다룹니다. 아래 시험지 20문항으로는 pH와 농도를 오가는 계산이 정확한지, 평형 상태를 나타낸 표를 읽고 판단할 수 있는지를 확인합니다.
📝 동적 평형과 pH 시험지 — 20문항, 정답·해설은 뒤쪽 별지
이름
날짜
점수/100
배점 · 20문항 · 한 문항 5점 · 100점 만점 · 권장 풀이 시간 30분 · 기본·보통·심화가 섞여 나옵니다(정답·해설은 별지).
‘PDF 만들기’를 누르면 화면과 같은 문제로 A4 PDF 파일이 내려받아지고, 폰에서도 됩니다. 같은 학년·같은 과목 문제는 하루에 한 번 만들어지고, 그날은 같은 문제가 다시 나옵니다. 인쇄물 맨 위에 이름·날짜·점수 칸이 함께 찍힙니다.
원장 한마디
화학은 제가 가르치는 과목이 아닙니다. 다만 이 시험지 20문항에는 pH와 농도를 오가는 계산이 들어 있어서, 숫자가 어디서 바뀌는지 직접 따라가 보는 연습장으로는 쓸 만하다고 봅니다.
저는 문제를 적게 풀더라도 직접 푸는 쪽입니다. 옆에서 조금 거들면 술술 맞히는 것 같아도, 혼자 하라고 하면 못 합니다. 자기 것이 아니라는 뜻입니다. 20문항은 혼자 끝까지 풀게 하세요.
채점한 뒤에는 틀린 문항을 아이 입으로 설명해 보게 하시고, 몇 주 지나 시험 기간이 되면 그 문항만 다시 풀게 하세요. 화면에서 풀고 싶으시면 학습지 만들기 버튼을 쓰시면 됩니다.
— 수학의 신호 원장
동적 평형과 pH, 무엇을 배우나
25 ℃의 순수한 물에서는 H₃O⁺와 OH⁻가 각각 1.0×10⁻⁷ M이고, 둘의 곱인 K_w는 1.0×10⁻¹⁴입니다. 산이나 염기를 넣어도 온도가 같으면 K_w는 변하지 않으므로, [OH⁻]를 알면 [H₃O⁺]를 구해 pH로 옮길 수 있습니다. pH는 −log[H₃O⁺]이므로 pH가 1 달라지면 농도는 10배 달라집니다.
강산인 HCl은 모두 이온화하므로 H₃O⁺의 몰수를 부피로 나눈 값이 곧 [H₃O⁺]입니다. Ba(OH)₂처럼 OH⁻를 2개 내놓는 염기는 계수를 반영해야 하고, 산과 염기를 섞을 때는 남는 쪽의 몰수를 전체 부피로 나눕니다. 여기에 H₂ + I₂ ⇌ 2HI처럼 농도가 일정해지는 동적 평형이 한 축으로 더해집니다.
동적 평형과 pH에서 헷갈리는 곳
pH 차이와 농도 배수 pH가 3 차이 나면 [H₃O⁺]는 3배가 아니라 10³배 차이가 납니다. 묽혀서 pH를 2에서 4로 만들 때도 부피는 2배가 아니라 100배가 되어야 합니다.
OH⁻ 농도와 계수 [OH⁻]가 주어지면 K_w로 [H₃O⁺]를 먼저 구하거나 pOH를 구한 뒤 14에서 빼야 합니다. Ba(OH)₂에서 OH⁻가 2배로 생기는 점도 놓치기 쉽습니다.
섞는 용액과 평형 표 산과 염기를 섞으면 어느 쪽이 남는지 먼저 가려야 합니다. 평형 표에서는 농도가 일정해진 시점부터 동적 평형이고, 반응물만 넣고 시작한 경우 그 전에는 정반응이 역반응보다 빠릅니다.
시험지에서 뽑아 본 문제
25 °C에서 pH가 4인 수용액의 OH⁻의 몰 농도는? ① 1×10⁻⁴ M ② 1×10⁻¹⁰ M ③ 1×10⁻⁷ M ④ 1×10⁻¹² M정답 · ② 1×10⁻¹⁰ M — pH = 4이면 [H₃O⁺] = 1×10⁻⁴ M이다. 25 °C에서 Kw = [H₃O⁺][OH⁻] = 1×10⁻¹⁴이므로 [OH⁻] = 1×10⁻¹⁴ ÷ 1×10⁻⁴ = 1×10⁻¹⁰ M이다.
25 °C에서 0.2 M HCl(aq) 30 mL와 0.1 M NaOH(aq) 70 mL를 혼합한 용액의 pH는? (단, 혼합 후 부피는 두 용액의 부피의 합이다.) ① 2 ② 7 ③ 11 ④ 12정답 · ④ 12 — H⁺의 양은 0.2 M × 30 mL = 6 mmol, OH⁻의 양은 0.1 M × 70 mL = 7 mmol이므로 OH⁻ 1 mmol이 남는다. [OH⁻] = 1 mmol ÷ 100 mL = 0.01 M이므로 pO
25 ℃에서 pH가 3인 HCl(aq) (가)와 pH가 11인 NaOH(aq) (나)에 대한 〈보기〉의 설명 중 옳은 것만을 있는 대로 고른 것은? (단, 25 ℃에서 K_w는 1.0×10⁻¹⁴이고, 혼합 용액의 부피는 혼합 전 부피의 합과 같다.) 〈보기〉 ㄱ. [H₃O⁺]는 (가)가 (나)의 10⁸배이다. ㄴ. (가)의 [H₃O⁺]와 (나)의 [OH⁻]는 같다. ㄷ. (가) 10 mL와 (나) 20 mL를 혼합한 용액은 중성이다. ① ㄱ ② ㄷ ③ ㄴ, ㄷ ④ ㄱ, ㄴ정답 · ④ ㄱ, ㄴ — (가)의 [H₃O⁺]=1.0×10⁻³ M, (나)의 [H₃O⁺]=1.0×10⁻¹¹ M이므로 비는 10⁸이고(ㄱ), (나)의 [OH⁻]=1.0×10⁻³ M로 (가)의 [H₃O⁺]와 같다(ㄴ). 10 mL와 20 mL를
시험지는 같은 단원의 기본·보통·심화 문항을 섞어 20개로 냅니다. 위 문제는 그 가운데 몇 개를 옮겨 놓은 것입니다.
동적 평형과 pH 시험지에 나오는 문항 모양
단답
선다
집에서 공부하는 순서
먼저 K_w = 1.0×10⁻¹⁴와 pH = −log[H₃O⁺]를 쓰고, pH가 한 칸 달라지면 농도가 10배라는 규칙으로 pH 2·5·9 같은 값을 농도로 바꾸는 연습을 하루 10분 정도 합니다. 그다음 [OH⁻]에서 pOH를 거쳐 pH로 가는 문제를 풉니다.
계산이 익으면 묽히기, pH가 다른 두 HCl 섞기, 산과 염기 섞기를 하루 3문항씩 몰수부터 적어 풉니다. 평형 표 문항은 마지막에 두고, 농도가 변하지 않는 시점을 찾은 뒤 평형 상수를 식에 넣어 확인하는 순서로 읽습니다.