산화·환원 반응, 산성 용액과 염기성 용액에서 균형 맞추기

반응 중 한 개 이상의 전자가 이동하는 반응을 산화·환원 반응이라고 합니다. 예를 들어 $2Na+C{l}_2\to 2NaCl$에서 반응 전과 후 $Na$의 산화수는 0 → 1로 증가(전자를 잃는다)하고 $Cl$의 산화수는 0 → -1로 감소(전자를 얻는다)하게 됩니다.

 

산성 용액과 염기성 용액에서 균형 맞추기 즉, 반쪽 반응 균형(계수) 맞추기의 차이점은 산성 용액에서는 $H^{+}$ 이온을, 염기성 용액에서는 $O{H}^{-}$ 이온을 더해 전하의 균형을 맞추고, $H_{2}O$ 분자를 더해서 수소의 균형(계수)을 맞추어주면 됩니다.

 

★ 참고 - 산화수 구하는 규칙

 

 

1. 산화·환원 반응식 균형(계수) 맞추기 4단계

    - 큰 틀에서 산화·환원 반응식 균형(계수) 맞추기는 아래와 같이 4단계로 나누어 생각해 볼 수 있습니다. 설명하는 사람에 따라 최대 6단계까지 나와 있지만 아래와 같이 생각하고 있으면 큰 틀에서 벗어나지는 않습니다.

 

    ① 1단계

          - 반응에 관여하는 원자의 산화 수를 구한 후 변화한 산화 수를 구합니다.

 

    ② 2단계

          - 증가한 산화 수와 감소한 산화 수가 같도록 반응식의 균형(계수)을 맞추어 줍니다.

 

    ③ 3단계

          - 양변의 산소 원자 수를 맞추어 줍니다.

 

    ④ 4단계

          - 양변의 수소 원자 수를 맞추어 줍니다.

 

 

 

2. 산성 용액과 염기성 용액에서 균형(계수) 맞추기 규칙

균형(계수)이 맞추어지지 않은 산화·환원 반응식에서 산화 반쪽 반응과 환원 반쪽 반응으로 나눌 때, 반응물 또는 생성물이 3개 이상인 경우  어떤 것이 산화 또는 환원된 것인지를 결정할 수 없을 경우에는 $H ^+$와 $OH^-$는 각각 산 또는 염기 촉매를 나타내고, $H_{2}O$는 질량 균형을 맞추기 위해 사용된 것일 수도 있기 때문에, $H^{+}$, $O{H}^{-}$, $H_{2}O$는 제외시키면 편하게 균형(계수)를 맞출 수 있게 됩니다.

 

산성 용액	염기성 용액
1. 반쪽 반응 나누기     반응 전과 후의 물질의 산화수를 비교하여 산화 반쪽 반응과 환원 반쪽 반응으로 나누어 줍니다.	← (좌동)
2. 질량 균형 맞추기     각 반쪽 반응의 원자 수를 맞추어 줍니다.      예) $C{r}_2{O}_7^2$${}^{-}$ → $C{r}^3$${}^{+}$     ① 산소와 수소를 제외한 나머지 원자 수부터 맞춥니다.           - $C{r}_2{O}_7^2$${}^{-}$ → $2C{r}^3$${}^{+}$           ($Cr$이 좌변에는 2개이나 우변에는 1개 이므로 이를 맞추어 줍니다.)     ② 물($H_{2}O$)을 이용하여 산소 원자 수를 맞춥니다.           - $C{r}_2{O}_7^2$${}^{-}$ → $2C{r}^3$${}^{+}$ + $7H_{2}O$           (좌변에 산소가 7개이므로 물을 사용하여 산소 원자 수를 맞추어 줍니다.)     ③ 양성자($H^{+}$)를 이용하여 수소 원자 수를 맞춥니다.         - $C{r}_2{O}_7^2$${}^{-}$ + $14H^{+}$→ $2C{r}^3$${}^{+}$ + $7H_{2}O$           (우변에 수소가 14개 이므로 좌변에 수소를 추가하여 계수를 맞추어 줍니다.)	← (좌동)
3 전자($e^{-}$)를 더해주어서 전하의 균형 맞추기    ① 전자($e^{-}$)를 사용하여 각 반쪽 반응의 전하 균형을 맞추어 줍니다.    ② 산화 반쪽 반응은 생성물 쪽에, 환원 반쪽 반응은 반응물 쪽에 전자를 추가합니다.   ▶ 환원 반쪽 반응 - 균형 맞추기 전 - $C{r}_2{O}_7^2$${}^{-}$ + $14H^{+}$ → $2C{r}^3$${}^{+}$ + $7H_{2}O$    (-2)          14×(+1) ≠ 2×(+3)       7×(0) ▶ 환원 반쪽 반응 - 균형 맞추기 후 - $C{r}_2{O}_7^2$${}^{-}$ + $14H^{+}$ + $6e^{-}$ → $2C{r}^3$${}^{+}$ + $7H_{2}O$    (-2)           14×(+1)   (-6)     = 2×(+3)       7×(0)	← (좌동)
4. 주고받은(이동한) 전자 수 같도록 조정하기     산화된 물질이 내놓은 전자 수 = 환원된 물질이 받은 전자 수     산화 반쪽 반응의 전자 수와 환원 반쪽 반응의 전자 수가 같게 될 수 있도록 적당한 계수를 곱하여 줍니다.	← (좌동)
5. 반쪽 반응 더하기	← (좌동) ★ 반쪽 반응을 더하는 과정에서 $H^{+}$가 소거 되면 아래 6단계는 생략합니다.
★ 산성 용액에서는 6단계가 필요하지 않습니다. 즉, 5단계로 균형(계수) 맞추기가 완료됩니다.	6. 염기성 용액은 $H^{+}$ → $O{H}^{-}$로 바꾸기    ① $H^{+}$를 중화시킬 수 있는 $O{H}^{-}$ 추가    ② $H^{+}+O{H}^{-}\to H_{2}O$    ③ $H_{2}O$ 소거하여 정리 끝

 

 

이번 시간에는 산화·환원 반응에서 산성 용액과 염기성 용액에서 균형 맞추기에 대해 말씀드렸습니다. 산성 용액에서는 $H^{+}$ 이온을, 염기성 용액에서는 $O{H}^{-}$ 이온을 더해 전하의 균형을 맞추고, $H_{2}O$ 분자를 더해서 수소의 균형(계수)을 맞추어 산화·환원 반응식을 완성하는 것입니다. 어렵지 않은 내용이니 여러번 반복하여 학습하면 이해가 될 것입니다.