산 염기 평형은 약산과 약염기의 이온화, 염의 가수 분해, 완충 용액, 중화 적정을 pH 하나로 이어서 다루는 단원입니다. 아래 시험지 20문항으로 염 수용액의 액성, 이온화 상수 Ka와 pH의 관계, 완충 용액의 pH 계산, 적정 자료를 읽는 힘이 갖춰졌는지 확인합니다.
📝 산 염기 평형 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
산 염기 평형은 약산의 이온화, 염의 가수 분해, 완충 용액, 적정이 pH 하나로 이어지는 단원입니다. 낱개로 외워 둔 아이는 문항이 섞이는 순간 흔들립니다. 저는 답을 외워 두는 공부에는 반대합니다.
20문항을 채점한 뒤에는 시험지를 접지 마시고, 틀린 번호에만 동그라미를 쳐 두십시오. 그 번호는 바로 다시 풀리지 마시고 몇 주 지나 시험이 가까워졌을 때 꺼내 다시 풀게 하는 편이 낫습니다. 그때도 막히면 답을 보기 전에 왜 그렇게 되는지 입으로 설명해 보게 하세요. 설명이 안 나오면 아직 아이 것이 아닙니다.
— 수학의 신호 원장
산 염기 평형에서 배우는 것
이 단원은 약산 HA가 물에서 일부만 이온화한다는 사실에서 출발합니다. 이온화한 양이 처음 농도에 비해 매우 작으면 [H₃O⁺]=√(Ka×C)로 pH를 구합니다. 반대로 pH가 주어지면 [H₃O⁺]=[A⁻]로 놓고 Ka를 거꾸로 구합니다.
다음 줄기는 염이 물에 녹을 때 어떤 이온이 물과 반응하는가입니다. 강염기와 약산이 만든 CH₃COONa은 염기성이고 NH₄Cl은 산성이며 NaCl과 KNO₃은 중성입니다. 염 수용액의 pH가 클수록 짝산이 약하다는 비교로 이어집니다.
약산과 그 짝염기가 함께 있으면 완충 용액이 되고, 이때는 pH=pKa+log([A⁻]/[HA])로 계산합니다. 약산을 NaOH로 적정할 때도 같은 식이 쓰입니다. 당량점까지 넣을 NaOH의 절반을 넣은 지점(반중화점)에서는 HA와 A⁻의 양이 같아져 pH=pKa가 됩니다.
산 염기 평형 시험지에 나오는 문항 모양
short
단답
4지선다
선다
choice
그래프·표 해석
산 염기 평형에서 헷갈리는 곳
혼합 뒤 남는 물질 확인 혼합 용액은 반응이 끝난 뒤 무엇이 남는지부터 정해야 합니다. 0.1 M CH₃COOH와 0.1 M NaOH를 같은 부피로 섞으면 CH₃COONa만 남아 완충 용액이 아닙니다.
당량점의 액성 약산을 적정한 당량점이 염기성인 까닭은 Na⁺이 아니라 A⁻의 가수 분해입니다. 그래서 변색 범위가 염기성 쪽인 지시약이 맞고, 당량점 pH는 7보다 큽니다.
pH 크기와 산의 세기 같은 농도의 NaX, NaY, NaZ 수용액에서 pH가 클수록 음이온의 가수 분해가 크고 짝산은 더 약합니다. pH가 7.0, 8.0, 9.0이면 HX > HY > HZ이니 부등호 방향에 주의합니다.
시험지에서 뽑아 본 문제
25℃에서 농도가 모두 0.10 M인 약산 HA(Ka=1.0×10⁻⁵)와 HB(Ka=1.0×10⁻⁷) 수용액에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 이온화 정도는 매우 작아 근사할 수 있다.) ① 이온화도는 HA 수용액이 HB 수용액보다 작다. ② pH는 HA 수용액이 HB 수용액보다 작다. ③ HA 수용액을 묽히면 Ka가 커진다. ④ [H₃O⁺]는 HB 수용액이 HA 수용액보다 크다.정답 · ② pH는 HA 수용액이 HB 수용액보다 작다. — [H₃O⁺]=√(Ka·C)이므로 HA는 1.0×10⁻³ M(pH 3), HB는 1.0×10⁻⁴ M(pH 4)이다. 따라서 HA의 pH가 더 작고 이온화도는 더 크다. Ka는 온도에만 의존하므로 묽혀도 변하지 않는다.
다음 혼합 용액 중 완충 작용을 하는 것은? (혼합 후 부피 변화는 무시한다.) ① 0.1 M HCl 50 mL + 0.1 M NaOH 50 mL ② 0.2 M CH₃COOH 50 mL + 0.1 M NaOH 50 mL ③ 0.1 M CH₃COOH 50 mL + 0.1 M NaOH 50 mL ④ 0.1 M HCl 50 mL + 0.1 M NaCl 50 mL정답 · ② 0.2 M CH₃COOH 50 mL + 0.1 M NaOH 50 mL — ②는 CH₃COOH 10 mmol에 NaOH 5 mmol이 반응하여 CH₃COOH 5 mmol과 CH₃COO⁻ 5 mmol이 공존하므로 완충 용액이다. ①은 NaCl 수용액, ③은 CH₃COONa만 남고, ④는 강산
25 ℃에서 0.010 M NaA 수용액의 pH가 9.0이다. HA의 이온화 상수 Ka는? (단, Kw = 1.0×10⁻¹⁴이고, 가수 분해한 A⁻의 양은 처음 농도에 비해 매우 작다.) ① 1.0×10⁻⁴ ② 1.0×10⁻⁵ ③ 1.0×10⁻⁶ ④ 1.0×10⁻⁸정답 · ③ 1.0×10⁻⁶ — pH 9.0이므로 [OH⁻] = 1.0×10⁻⁵ M이고, Kb = (1.0×10⁻⁵)²/0.010 = 1.0×10⁻⁸이다. Ka = Kw/Kb = 1.0×10⁻¹⁴/1.0×10⁻⁸ = 1.0×10⁻⁶이다.
25 ℃에서 약염기 B의 이온화 상수 Kb는 1.0×10⁻⁵이다. 0.20 M B 수용액 100 mL에 0.10 M HCl 수용액 100 mL를 섞은 용액의 pH를 구하시오. (단, Kw = 1.0×10⁻¹⁴이고, 혼합 시 부피는 합과 같다.)정답 · 9.0 — B 20 mmol과 HCl 10 mmol이 반응하여 B 10 mmol, BH⁺ 10 mmol이 남으므로 [B] = [BH⁺]이다. 따라서 [OH⁻] = Kb = 1.0×10⁻⁵ M, pOH = 5.0이고 pH = 1
시험지는 같은 단원의 기본·보통·심화 문항을 섞어 20개로 냅니다. 위 문제는 그 가운데 몇 개를 옮겨 놓은 것입니다.
산 염기 평형 집에서 공부하는 순서
먼저 염의 액성을 이온 하나씩 따져 봅니다. NaCl, KNO₃, NH₄Cl, CH₃COONa을 놓고 강산과 강염기에서 온 이온은 반응하지 않는다는 기준으로 산성, 중성, 염기성을 나눕니다. 하루 10분 정도면 충분합니다.
그다음 계산을 정해진 순서로 합니다. Ka와 pH 문제는 [H₃O⁺]=[A⁻]를 놓는 식부터 쓰고, 완충 문제는 mmol로 반응 후 남은 양을 적은 뒤 pH=pKa+log([A⁻]/[HA])에 넣습니다. 하루 두세 문항씩 반복하고, 마지막에 적정 자료에서 pH=pKa인 지점을 눈으로 확인합니다.