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1[7급 국가직 화학개론] 23년 1회차
메테인(CH4) 16 g과 수증기(H2O) 27 g을 혼합하여 CH4+2H2O→4H2+CO2\mathrm{CH_4 + 2H_2O \rightarrow 4H_2 + CO_2} 반응을 완결시켰을 때, 생성된 수소(H2)의 질량과 한계 반응물을 옳게 짝 지은 것은? (단, H, C, O의 원자량은 각각 1, 12, 16이다)
수소 질량[g] 한계 반응물
1
6 수증기
2
6 메테인
3
8 수증기
4
8 메테인
해설

생성된 수소는 6 g이고 한계 반응물은 수증기이다.

몰수: CH4\mathrm{CH_4} 16 g ÷ 16 = 1 mol, H2O\mathrm{H_2O} 27 g ÷ 18 = 1.5 mol
메테인 1 mol을 모두 반응시키려면 물 2 mol이 필요한데 1.5 mol뿐이므로 수증기가 먼저 소진된다.

수소 생성량: 1.5×42=3 mol1.5 \times \dfrac{4}{2} = 3\ \mathrm{mol}
3 mol×2 g/mol=6 g3\ \mathrm{mol} \times 2\ \mathrm{g/mol} = 6\ \mathrm{g}

  • 수소 8 g은 메테인 1 mol이 모두 반응했다고 본 값으로, 물이 부족해 불가능하다.
  • 메테인은 0.25 mol이 남는 과량 반응물이므로 한계 반응물이 아니다.

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