2017년03월05일 36번

[작업환경측정 및 평가]
H₂SO₄(MW=98)4.9g dl 100L의 수용액 속에 용해되어을 때 이용액의 pH는? (단, 황산은 100% 전리한다.)

① 4
② 3
③ 2
④ 1

(정답률: 37%)

문제 해설

황산(H₂SO₄)은 강산성 물질로, 수용액에 녹으면 수소 이온(H+)을 방출하여 pH를 낮춘다. 이 문제에서는 황산이 100% 전리한다고 가정하므로, 4.9g의 황산이 모두 이온화되어 2 × 4.9g = 9.8g의 H+ 이온이 생성된다.

이용액의 부피는 100L이므로, H+ 이온 농도는 9.8g / 100L = 0.098 mol/L이 된다.

pH는 -log[H+]로 계산되므로, pH = -log(0.098) = 1.01이 된다.

하지만, 이용액은 황산 외에도 물과 반응하여 생성된 수소 이온(H+)과 수산화물 이온(OH-)이 중화되는 과정이 일어난다. 이 중화 반응에서 생성된 수산화물 이온의 농도를 고려하여 pH를 다시 계산해야 한다.

수산화물 이온의 농도는 10^-14 / [H+]로 계산된다. 따라서, 이용액의 pH를 계산하기 위해서는 먼저 [H+]를 계산해야 한다.

[H+] = 10^-pH = 10^-3 = 0.001 mol/L

수산화물 이온의 농도는 10^-14 / [H+] = 10^-14 / 0.001 = 1 × 10^-11 mol/L이 된다.

따라서, 이용액의 pH는 황산의 영향으로 인해 1.01보다 낮겠지만, 수산화물 이온의 중화 작용으로 인해 3보다 높을 것이다. 따라서, 정답은 "3"이 된다.

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