몰농도, 몰랄농도, 퍼센트 농도 위험물기능장과 위험물산업기사 합격 전략

몰농도는 용액 1L에 녹아있는 용질의 몰 수를 나타내는 지표입니다. 마치 용액의 '진도'라고 말할 수 있습니다. 몰랄농도는 1kg의 용매에 녹아있는 용질의 몰 수를 나타내는 지표입니다. 퍼센트 농도는 용액 전체 질량에서 용질이 차지하는 비율을 백분율로 나타낸 지표를 말하며, 용액의 '성분 비율'이라고 생각하면 이해가 빠를 것입니다.

 

즉, 몰농도(용액의 진도), 몰랄농도(용매의 양에 따라 변하지 않음), 퍼센트 농도 (용액의 성분 비율)는 서로 보완적으로 사용되어 용액의 특성을 명확하게 파악하는 데 중요한 역할을 합니다.

 

    - 핵심 차이점

       1) 몰농도 : 절대적인 양을 나타냄 (단위 : M)

       2) 몰랄농도 : 용매 1kg에 몇 개의 용질 분자가 녹아있는지를 나타내는 지표

       3) 퍼센트 농도 : 비율을 나타냄 (단위 : %)

 

 

몰농도

 

몰농도란 무엇일까요? 몰농도는 용액 1L에 녹아있는 용질의 몰 수를 나타내는 지표입니다.

 

1. 몰(mol)

     한 물질의 1몰은 $6.022 × 10^{23}$개의 기본 단위(원자, 이온, 분자 등)를 포함하는 양입니다.

      - 1몰 NaCl은 $6.022 x 10^{23}$개의 NaCl 입자를 포함합니다.

 

2. 몰농도 계산 방법

     ①  $용질의 몰수(M) = \frac{용질의 몰수}{용액의 부피(L)}$

            - $용질의 몰수 = \frac{용질의 질량(w)}{용질의 분자량(m)}$

     ②  $용질의 몰수(M) = \frac{\frac{w}{m}}{용액의 부피(L)}$

 

 

 

몰랄농도(m)

 

몰랄 농도를 한마디로 설명한다면, "1kg의 용매에 녹아있는 용질의 몰 수"라고 할 수 있습니다. 즉, 용매 1kg에 몇 개의 용질 분자가 녹아있는지를 나타내는 지표라고 볼 수 있습니다.

 

용액의 "진도"를 나타내는 몰농도와 비슷하지만, 몰랄 농도는 용매의 양에 따라 변하지 않는다는 특징을 가지고 있습니다. 따라서 용액의 콜비거 특성 (이비점 상승, 비점 상승, 삼투압 등) 계산에 주로 사용됩니다.

 

용매의 양 변화 없이 용질 농도 조절에 유용합니다. 예를 들면 1kg의 물에 1mol의 NaCl을 녹인 용액의 몰랄 농도는 1m입니다. 즉, 1kg의 물에 58.44g의 NaCl (1 mol)이 녹아있는 상태입니다. 

 

지금까지의 내용을 정리하면 아래와 같습니다.

 

1. 몰랄 농도

     - 몰랄 농도는 1kg의 용매에 녹아있는 용질의 몰 수를 나타내는 지표입니다.

        ① 용매 : 용질을 녹여주는 물질 (예: 물, 에탄올)

        ② 용질 : 용매에 녹아있는 물질 (예: 소금, 설탕)

        ③ 용액 : 용매와 용질이 혼합되어 있는 상태 (예: 식염수, 탄산음료, 커피, 공기)

 

2. 몰랄 농도 계산 방법

     ① 몰랄 농도 (m) = 용질의 몰수 / 용매의 질량 (kg)

     ② 용질의 몰수 = 용질의 질량 / 용질의 분자량 (g/mol)

 

3. 몰랄 농도와 몰농도의 차이점

     ① 몰농도 : 1L 용액에 녹아있는 용질의 몰 수를 나타냄 (단위: M)

     ② 몰랄 농도 : 1kg 용매에 녹아있는 용질의 몰 수를 나타냄 (단위: m)

 

 

4. 몰랄 농도의 활용

    용액의 이비점 상승, 비점 상승, 삼투압 등 계산: 몰랄 농도는 용액의 콜비거 특성 (colligative properties)를 계산하는 데 사용됩니다.

    - 용매의 양 변화 없이 용질 농도 조절

       몰랄 농도는 용매의 양을 변화시키지 않고 용질의 농도를 조절하는 데 유용합니다.

 

 

5. 몰랄 농도 계산 예시

     - 100g의 물에 58.44g의 NaCl을 녹인 용액의 몰랄 농도를 계산해 보세요.

        ① 용질의 몰수 : 58.44g / 58.44g/mol = 1 mol

        ② 용매의 질량 : 100g = 0.1 kg

        ③ 몰랄 농도 : 1 mol / 0.1 kg = 10m

 

    - 참고로 아래 그림은 계산 과정을 쉽게 설명하기 위해 물 1L일 때를 가정하여 풀이 과정을 설명했습니다. 조금 더 쉽게 이해가 될 것입니다.

 

부연 설명을 드리면 용매인 물 1L를 같은 부피 단위인 $cm^3$로 환산해 주고, 물의 밀도값$(1g/cm^3)$을 이용하여 부피를 질량으로 환산하여 몰랄농도를 계산합니다.

 

 

 

퍼센트 농도(%)

 

퍼센트 농도란 무엇일까요? 퍼센트 농도는 용액 전체 질량에서 용질이 차지하는 비율을 백분율(%)로 나타낸 지표입니다. 즉, 염 10g을 물 90g에 녹인 용액의 퍼센트 농도는 10%입니다.

 

 - 퍼센트 농도 계산 방법

   퍼센트 농도 (%) = (용질의 질량 / 용액의 질량) x 100

 

 

 

 

몰농도 ↔ 퍼센트 농도 변환

 

1. 몰농도 → 퍼센트 농도 변환

    ① 용액의 밀도가 주어진 경우

          - 퍼센트 농도 = (몰농도 x 용질의 분자량 x 100) / 용액의 밀도

 

    ② 용액의 밀도가 주어지지 않은 경우

          - 정확한 계산 불가능 (근삿값 계산 가능)

 

 

2. 퍼센트 농도 → 몰농도 변환

     ① 용액의 밀도가 주어진 경우

           - 몰농도 = (퍼센트 농도 x 용액의 밀도) / (용질의 분자량 x 100)

 

     ② 용액의 밀도가 주어지지 않은 경우

           - 정확한 계산 불가능 (근사값 계산 가능)

 

 

 

시험 준비 팁

 

1. 핵심 개념 숙지

     위에서 설명한 몰농도와 퍼센트 농도의 기본 개념을 잘 숙지하세요.

 

2. 계산 문제 연습

     다양한 유형의 몰농도와 퍼센트 농도 계산 문제를 풀어보세요.

 

3. 단위 변환 주의

     계산 과정에서 단위 변환을 정확하게 해야 합니다.

 

4. 혼합 용액 문제 대비

     두 가지 이상의 용질이 녹아있는 혼합 용액 문제를 풀어볼 수 있도록 준비하세요.

 

 

 

문제로 익히기

 

1. 100g의 NaCl 용액에 50g의 NaCl을 더 녹인 후, 용액의 몰농도와 퍼센트 농도를 계산하시오. (NaCl의 분자량은 58.44g/mol, 용액의 밀도는 1.05 g/mL)

 

    1) 용액의 총 질량 계산

          - 총 질량 = NaCl 100g + NaCl 50g = 150g

 

    2) 용액의 부피 계산

          - 부피 (mL) = 질량 (g) / 밀도 (g/mL) = 150g / 1.05 g/mL = 142.86 mL

 

    3) 용질의 몰수 계산

          - 몰수 = 질량 (g) / 분자량 (g/mol) = (100g + 50g) / 58.44 g/mol = 2.58 mol

 

    4) 몰농도 계산

         - 몰농도 = 몰수 / 부피 (L) = 2.58 mol / (142.86 mL x 1 L/1000 mL) = 1.81 M

 

    5) 퍼센트 농도 계산

         - 퍼센트 농도 = (용질의 질량 / 용액의 질량) x 100 = (150g / 150g) x 100 = 100%

 

    6) 문제 유형 분석

         이 문제는 몰농도와 퍼센트 농도의 기본 개념을 이해하고 계산 과정을 정확하게 수행할 수 있는 능력을 평가합니다.

실제 시험에서는 혼합 용액, 희석, 농축 등 다양한 유형의 문제가 출제될 수 있습니다.

 

 

2. 100mL의 2M NaCl 용액에 물 100mL를 희석한 후, 용액의 몰농도와 퍼센트 농도를 계산하시오. (NaCl의 분자량은 58.44 g/mol)

 

    1) 용액의 총 부피 계산

          - 총 부피 = NaCl 용액 100mL + 물 100mL = 200mL

 

    2) 용질의 몰수 계산

          - 몰수 = 몰농도 x 부피 (L) = 2 M x (100mL x 1 L/1000 mL) = 0.2 mol

 

    3) 희석 후 몰농도 계산

          - 희석 후 몰농도 = 용질의 몰수 / 총 부피 (L) = 0.2 mol / (200mL x 1 L/1000 mL) = 1 M

 

    4) 희석 후 퍼센트 농도 계산

         - 퍼센트 농도 = (용질의 질량 / 용액의 질량) x 100

 

    5) 희석 후 용액의 질량 계산

         - 불가능 (NaCl 용액의 밀도 정보 부족)

 

    6) 문제 유형 분석

         이 문제는 희석 과정에서 몰농도와 퍼센트 농도가 어떻게 변하는지 이해하고 계산할 수 있는 능력을 평가합니다.

실제 시험에서는 다양한 희석 비율, 혼합 용액, 농축 등의 문제가 출제될 수 있습니다.

 

이 문제에서 추가로 이런 내용을 알아두면 좋습니다. ① 희석 과정에서 용질의 몰수는 변하지 않습니다. ② 희석 후 용액의 부피는 희석 비율에 따라 계산해야 합니다. ③ 퍼센트 농도 계산에는 용액의 밀도 정보가 필요합니다.

 

 

3. 100mL의 2M HCl 용액에 50g의 NaCl을 녹인 후, 용액의 몰농도와 퍼센트 농도를 계산하시오. (NaCl의 분자량은 58.44 g/mol, 용액의 밀도는 1.1g/mL)

 

    1) 용액의 총 부피 계산

          ① 총 부피 = HCl 용액 100mL + NaCl 50g의 부피

                - NaCl 50g의 부피 계산

                   NaCl 50g / 1.1 g/mL = 45.45 mL

          ② 총 부피 = 100mL + 45.45mL = 145.45mL

 

 

    2) 용질의 몰수 계산

          ① HCl의 몰수

                - 몰수 = 몰농도 x 부피 (L) = 2 M x (100mL x 1 L/1000 mL) = 0.2 mol

 

          ② NaCl의 몰수

                - 몰수 = 질량 (g) / 분자량 (g/mol) = 50g / 58.44g/mol = 0.856 mol

 

          ③ 총 용질 몰수

                - 총 몰수 = HCl 몰수 + NaCl 몰수 = 0.2 mol + 0.856 mol = 1.056 mol

 

 

    3) 몰농도 계산

          - 몰농도 = 총 몰수 / 총 부피 (L) = 1.056 mol / (145.45mL x 1 L/1000 mL) = 0.727 M

 

 

    4) 퍼센트 농도 계산

         ① 퍼센트 농도 = (용질의 질량 / 용액의 질량) x 100

         ② 용액의 질량 = 총 부피 x 밀도 = 145.45mL x 1.1g/mL = 159.995 g

         ③ 퍼센트 농도 = (NaCl 50g + HCl 0.2 mol x 36.46 g/mol) / 159.995 g x 100 = 22.13%

 

 

    5) 문제 유형 분석

       이 문제는 혼합 용액, 희석, 몰농도와 퍼센트 농도 계산 등 다양한 개념을 종합적으로 적용해야 하는 난이도가 높은 문제입니다. 실제 시험에서는 이와 유사한 문제가 출제될 수 있으므로, 다양한 유형의 문제풀이를 통해 문제 해결 능력을 향상시키는 것이 중요합니다.

 

 

3. 출제 가능한 문제 예시

     ① 혼합 용액

           - 1M HCl 용액 50mL와 2M H2SO4 용액 50mL를 혼합한 후, 용액의 몰농도와 퍼센트 농도를 계산하시오.

     ② 농축

           - 1M NaCl 용액 100mL를 50mL로 농축한 후, 용액의 몰농도와 퍼센트 농도를 계산하시오.

 

 

위험물기능장과 위험물산업기사 실기시험을 위한 다양한 유형의 문제풀이를 통해 몰농도와 퍼센트 농도에 대한 이해도를 높이고, 시험 대비에 도움이 되기를 바랍니다!