화학 반응식 계수 맞추기와 풀이 과정

원자 수만 세면 이 반응식의 해는 무수히 많습니다. 과산화 수소의 분해 반응 2H₂O₂ = 2H₂O + O₂를 어떤 비율로 더해도 원자 수가 맞기 때문입니다. 교과서의 답 2KMnO₄ + 5H₂O₂ + 3H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 5O₂ + 8H₂O는 산화수 변화에서 나옵니다. 산화수가 −1인 산소가 모두 O₂로 바뀐다고 보는 것입니다. 이 도구는 그 답을 보여 주면서, 원자 수만으로는 다른 답도 가능하다는 사실을 함께 알려 줍니다.

원소마다 산화수를 적고 산화수가 변하는 원소를 찾습니다. 전자를 얻는 원소(산화수가 감소)는 환원되며, 그 원소가 들어 있는 물질이 산화제입니다. 전자를 잃는 원소(산화수가 증가)는 산화되며, 그 물질이 환원제입니다. KMnO₄ + HCl에서 망가니즈는 +7에서 +2로 전자 5개를 얻으므로 KMnO₄가 산화제이고, 염소는 −1에서 0으로 산화되므로 HCl이 환원제입니다.

염소, 산소, 수소, 질소처럼 이원자 분자로 존재하는 원소는 Cl₂, O₂, H₂, N₂ 분자 단위로 반응합니다. 그래서 한 줄에 원자 두 개를 함께 씁니다: 2Cl⁻¹ − 2e⁻ → Cl₂⁰. 원자 하나의 산화수는 1만 증가하지만 원자가 2개이므로 증가량은 2 × 1 = 2입니다. 이렇게 하면 줄 앞에 곱하는 수가 그대로 분자의 계수가 되어 나중에 2로 나눌 필요가 없습니다.

두 반응물의 양이 모두 주어지면 대개 하나는 남고, 남는 물질로는 계산하면 안 됩니다. 다 반응하지 않기 때문입니다. 각 반응물의 몰수를 완성된 반응식의 계수로 나누어 값이 작은 쪽이 한계 반응물이고, 생성물의 양은 그 물질로 계산합니다. 아연 13 g(0.2 mol)과 HCl 7.3 g(0.2 mol)이면 아연은 0.2 / 1 = 0.2, HCl은 0.2 / 2 = 0.1이므로 HCl이 한계 반응물이고 수소는 0.1 mol 생깁니다. 반응 전, 반응, 반응 후의 양을 표로 정리하는 풀이와 같은 결과입니다.

22.4 L는 0 °C, 1기압에서 기체 1몰의 부피이고, 대부분의 문제가 이 조건을 씁니다. 25 °C, 1기압에서는 약 24.5 L가 됩니다. 이 값을 쓰려면 설정에서 온도와 압력을 직접 입력하세요: 25 °C, 101.325 kPa. IUPAC는 표준 압력을 100 kPa로 정했기 때문에 0 °C에서는 22.7 L/mol이 됩니다. 계산에 쓴 Vm 값은 항상 풀이에 적힙니다.

“산화수의 합은 0” 규칙을 적용하면 철의 산화수는 +8/3이 나옵니다. 원자 하나가 분수 산화수를 가질 수는 없습니다. Fe₃O₄는 FeO와 Fe₂O₃가 합쳐진 혼합 산화물(FeO·Fe₂O₃)로, 철 원자 하나는 +2, 두 개는 +3이고 +8/3은 그 평균입니다. 이 도구는 이런 값을 평균이라고 표시하며 실제 산화수처럼 내놓지 않습니다.