화학Ⅱ — 핵심 공식·관계 모음

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2015 개정 화학Ⅱ 4개 단원의 핵심 공식·관계를 단원별로 정리했다. 각 공식은 적용 조건과 주의점을 함께 표기했다.

Ⅰ. 물질의 상태와 용액

이상 기체 상태 방정식

PV = nRT

분자량: M = wRT / (PV) (n = w / M 대입)

조건 R = 0.082 L·atm/(mol·K), 온도는 절대 온도 T(K) = ℃ + 273.

부분 압력 (돌턴)

P_i = P × x_i (x_i = 성분 i 몰수 / 전체 몰수)

P(전체) = P₁ + P₂ + …

주의 x_i 는 몰 분율, 부분 압력의 비 = 몰수의 비.

그레이엄 확산·분출 법칙

v₁ / v₂ = √(M₂ / M₁)

의미 같은 온도·압력에서 분자량이 작을수록 빠르게 확산·분출한다(속도는 분자량의 제곱근에 반비례).

묽은 용액의 총괄성

끓는점 오름: ΔT_b = K_b · m

어는점 내림: ΔT_f = K_f · m

삼투압: π = CRT

조건 m = 몰랄 농도(mol/용매 kg), C = 몰 농도(mol/L). 총괄성은 용질 입자 수에만 의존.

전해질은 이온으로 나뉘어 입자 수가 늘므로(예: NaCl → 2배) 총괄성이 그만큼 커진다.

Ⅱ. 반응 엔탈피와 화학 평형

반응 엔탈피 ΔH

발열 반응 ΔH < 0, 흡열 반응 ΔH > 0

의미 ΔH = 생성물 엔탈피 − 반응물 엔탈피. 발열은 주위로 열 방출.

헤스 법칙

전체 ΔH = 각 단계 ΔH의 합 (반응 경로와 무관)

사용 반응식을 뒤집으면 ΔH 부호 반전, 정수배 하면 ΔH도 같은 배수.

결합 에너지로 ΔH 계산

ΔH = Σ(반응물 결합 E) − Σ(생성물 결합 E)

순서 고정 결합 끊기(흡열, ＋) − 결합 만들기(발열, −). 기체 상태 기준.

평형 상수 Kc·Kp

aA + bB ⇌ cC + dD

Kc = [C]^c · [D]^d / ( [A]^a · [B]^b ) (몰 농도)

Kp = (P_C)^c · (P_D)^d / ( (P_A)^a · (P_B)^b ) (부분 압력)

주의 순수한 고체·액체는 K 식에 넣지 않는다. K는 온도에만 의존(농도·압력 변화로 안 변함).

반응 지수 Q와 K 비교

Q는 임의 시점 농도로 K와 같은 형태로 계산

Q < K → 정반응, Q = K → 평형, Q > K → 역반응

르샤틀리에 원리

농도 ↑ → 그 물질을 소모하는 방향으로 이동
압력 ↑(부피 ↓) → 기체 몰수가 작은 쪽으로 이동
온도 ↑ → 흡열 방향으로 이동 (K 값 변함)
촉매: 평형 이동 없음, 도달 속도만 증가

용해도 곱 Ksp

A_i B_j (s) ⇌ i A⁺(aq) + j B⁻(aq)

Ksp = [A⁺]^i · [B⁻]^j

판정 이온곱 > Ksp → 침전 생성, = Ksp → 포화, < Ksp → 불포화(더 녹음).

Ⅲ. 반응 속도와 촉매

평균 반응 속도

평균 속도 = 농도 변화량 / 시간 = |Δ[농도]| / Δt

주의 반응물은 감소(−), 생성물은 증가(＋). 계수로 나누면 반응 전체 속도.

반응 속도식과 차수

v = k [A]^m [B]^n

의미 m·n = 반응 차수(실험으로 결정), 전체 차수 = m + n. k는 속도 상수(온도·촉매에 의존).

차수는 반응식 계수와 무관하며 반드시 실험으로 정한다.

온도·촉매·활성화 에너지

온도 ↑ → 유효 충돌 수 증가 → 속도 상수 k 증가 → 반응 빨라짐
촉매 → 활성화 에너지(Ea) 낮춤 → 정·역반응 모두 빨라짐 → 평형 이동은 없음
활성화 에너지가 낮을수록 반응이 빠르다

1차 반응 반감기

1차 반응의 반감기(t½)는 농도와 무관하게 일정

활용 시간이 반감기의 n배 지나면 남은 양은 초기의 (½)ⁿ.

Ⅳ. 전기 화학과 이용

산화수 규칙

홑원소 물질의 산화수 = 0 (예: O₂, H₂)
단원자 이온의 산화수 = 이온 전하 (예: Na⁺ = +1)
화합물에서 H = +1, O = −2 (예외: 과산화물 O = −1)
중성 화합물의 산화수 합 = 0, 다원자 이온은 = 이온 전하

정의 산화 = 산화수 증가(전자 잃음), 환원 = 산화수 감소(전자 얻음).

표준 환원 전위·표준 기전력

E°(전지) = E°(＋극, 환원) − E°(−극, 환원)

= 환원 전위 큰 값 − 작은 값 (자발적 전지는 > 0)

판정 표준 환원 전위가 큰 쪽이 환원(＋극), 작은 쪽이 산화(−극).

전기 분해 전극 반응·패러데이 관계

이동한 전자 mol = 전하량 Q(C) / 96500

전하량 Q = 전류 I(A) × 시간 t(s)

사용 전극 반응식의 전자 계수로 석출량(mol·질량)·발생 기체 mol을 환산. 직렬이면 흐른 전자 mol 동일.

화학 전지는 산화 전극이 −극, 전기 분해(전해조)는 전원 −극에 연결된 전극에서 환원이 일어난다 — 극 이름 혼동 주의.