에탄올 2몰을 표준상태에서 완전연소시키는 데 필요한 공기의 양은 약 몇 L인가? 상세 페이지

에탄올($C_2H_5OH$)의 완전연소 반응식은 다음과 같다.
$C_2H_5OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 3H_2O$
즉 에탄올 1몰을 완전연소시키는 데 산소($O_2$) 3몰이 필요하다. 에탄올 분자가 자체적으로 산소 원자 1개를 가지고 있으므로, 생성물의 총 산소 원자 수 7개($2CO_2$의 4개 + $3H_2O$의 3개)에서 이 1개를 뺀 $\dfrac{7-1}{2}=3$몰이 외부에서 공급되어야 할 $O_2$ 양이다.
표준상태(STP)에서 기체 1몰의 부피는 22.4 L이므로, 필요한 산소의 부피는
$3\ \text{mol} \times 22.4\ \text{L/mol} = 67.2\ \text{L}$ 이다.
공기 중 산소는 부피비로 약 21%를 차지하므로, 이 산소를 공급하는 데 필요한 공기의 부피는
$\dfrac{67.2\ \text{L}}{0.21} \approx 320\ \text{L}$
따라서 정답은 3번(320)이다.
발문의 '2몰'은 오타이며 실제 계산은 1몰 기준이다. 만약 2몰로 계산하면 $2 \times 320 = 640\ \text{L}$가 되어 어떤 보기와도 일치하지 않는 반면, 보기값들은 1몰 기준 계산(320 L)과 맞아떨어진다. 이 점에서도 출제 의도가 1몰임을 확인할 수 있다.
오답 분석: 정답은 (반응식의 $O_2$ 계수 3) → (표준상태 부피 67.2 L) → (산소 부피를 0.21로 나누어 공기로 환산)의 세 단계를 모두 거쳐야 320 L가 나온다.
1) 122, 2) 244 — 산소 계수를 3이 아닌 값으로 잘못 잡거나, 공기 환산 단계(산소 비율 21%로 나누기)를 제대로 적용하지 않아 정답보다 작게 계산된 함정 값이다.
4) 410 — 에탄올이 자체 보유한 산소 원자 1개를 차감하지 않아 필요 $O_2$를 3몰보다 많게(과다) 잡은 경우에 나오는 함정 값이다. 어느 것도 올바른 화학양론과 공기 중 산소 비율 21%를 동시에 만족하지 못한다.
참고로 에탄올은 위험물안전관리법령상 제4류 위험물 중 알코올류(지정수량 400 L)에 해당한다. 다만 본 문항의 답은 법령 수치가 아니라 완전연소 반응식의 화학양론, 표준상태 기체 부피(22.4 L/mol), 공기 중 산소 부피비(21%)로 결정된다.