자연과학 자료 화학반응 - 화학반응열의 측정과 Hess의 법칙 레포트 6776

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자연과학 자료 화학반응 - 화학반응열의 측정과 Hess의 법칙

[자연과학]화학반응 - 화학반응열의 측정과 Hess의 법칙

화학반응열의 측정과 Hess의 법칙


1. Abstract (요약)

대부분의 화학반응이 진행되는 동안에는 열의 흡수 또는 방출이 수반된다. 화학 반응시에 방출되는 열량을 각 물질의 엔탈피를 계산하여 예측할 수 있다. 그러나 흑연을 태워서 일산화탄소를 얻는 반응과 같이 엔탈피를 실험적으로 구하기 어려운 경우에는 화학반응 시 발생하는 열량을 예측하기가 힘들다.
헤스의 법칙은 엔탈피가 상태함수이기 때문에 출발물질과 최종물질이 같은 경우에는 어떤 경로를 통해서 만들어지더라도 그 경로에 관여된 엔탈피 변화의 합은 항상 같다는 원리이다. 이러한 헤스의 법칙을 이용하면 이미 알고 있는 반응열을 이용하여 위와 같은 실험적으로 구하기 어려운 반응열을 비롯한 여러 가지 반응열도 쉽게 구할 수 있다.
이번 실험에서는 보온병을 이용하여 수산화나트륨과 염산을 여러 경로를 통해 반응시켰다. 고체 수산화나트륨과 염산의 중화반응에서 나타난 엔탈피의 변화와 고체 수산화나트륨과 물과의 반응, 그리고 수산화나트륨 수용액과 염산 용액과의 반응에서 나타난 엔탈피의 합이 같은 지를 확인한다.
우선, 고체 수산화나트륨과 염산의 반응에서 나타난 엔탈피의 변화를 측정하기 위해 보온병의 질량을 0.01g까지 정확히 측정한 후 0.25M 염산용액 200mL 를 넣은 다음 온도(Ti)를 측정한다. 그리고 2.0g의 고체 수산화나트륨 알갱이를 보온병에 넣고 잘 녹인 다음 이용액의 최고온도 (Tf)를 기록하고, 중화된 용액을 포함하는 보온병의 질량을 측정한다.
? 실험①
수산화나트륨과 물과의 반응에서 엔탈피의 변화를 측정하기 위해서는 실험①과 같은 방법으로 실험 장치를 준비한 다음 증류수 200mL를 사용하여 같은 방법으로 실험을 수행한 뒤 이 용액의 최고온도 (Tf)와 용액을 포함하는 보온병의 질량을 측정하여 기록한다.
또 수산화나트륨 수용액과 염산용액의 반응에서의 엔탈피 변화를 측정하기 위해 실험①과 같은 방법으로 실험 장치를 준비한 다음, 0.50M 염산용액 100mL를 넣는다. 눈금실린더에 0.50M 수산화나트륨 용액 100mL를 취한 후 두 용액의 온도가 같아지면 온도(Ti)를 기록한다.
수산화나트륨 용액을 염산용액에 붓고 상승한 최고온도(Tf)를 측정하고, 이 용액이 담긴 보온병의 질량을 측정한다.
세 가지 실험을 모두 다 마친 후 반응열 ?H1, ?H2, ?H3 를 계산하고, ?H1과 ?H2 +?H3가 같은지 확인해 보았다. 실험결과 ?H1 〓 71.89KJ/mol, ?H2 +?H3 〓 77.8KJ/mol이었다. ?H1과 ?H2 +?H3는 약 5.91KJ/mol 차이가 나지만 실험 오차를 고려한다면 ‘출발물질과 최종물질이 같은 경우에는 어떤 경로를 통해서 만들더라도 그 경로에 관여된 엔탈피 변화의 합은 같다’는 헤스의 법칙을 설명하기에는 충분하였다.


2. Introduction (이론 및 배경)

우리 주변의 많은 분자들은 서로 화학반응을 일으키며 열을 방출하거나 흡수하는 열 변화르 수반하는데 화학계 주변으로 열을 방출하면 이 반응을 발열반응이라고 하고, 주변의 열을 흡수하면 흡열반응이라고 한다. 이와 같이 어떤 화학반응에서 얼마만큼 열이 날지를 예측하기 위해서는 각 물질의 열함량, 즉 엔탈피를 알고 있어야 한다. 엔탈피는 상태함수로서 물질계의 내부 에너지가 E, 압력이 P, 부피가 V 일 때 그 상태의 엔탈피(H)는 다음과 같이 정의된다.
H 〓 E + PV ─━①
엔탈피를 정확하게 이해하기 위해서, 일정한 압력에서 진행되고, 압력과 부피에 의한 일만을 생각해 본다.
w 〓 -P?V
이 때 내부의 에너지 변화는
?E 〓 q + w 〓 q - P?V ─━②
여기에서 q는 열량의 흐름이다. 이 식은 다시
q 〓 ?E + P?V ─━③
이 된다. q를 엔탈피와 관계를 지으면, 어떤 과정의 엔탈피 변화는 ①의 엔탈피 정의를 통해 ?H 〓 ?E + ?(PV) ─━④
이고, 압력이 일정하면
?H 〓 ?E + P?V ─━⑤
이 된다. 따라석 식 ③과 ⑤로부터
qp 〓 ?H ─━⑥

 

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[문서정보]

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파일종류 : HWP 파일
자료제목 : 자연과학 자료 화학반응 - 화학반응열의 측정과 Hess의 법칙
파일이름 : [자연과학]화학반응 - 화학반응열의 측정과 Hess의 법칙.hwp
키워드 : 자연과학,화학반응,화학반응열의,측정과,Hess의,법칙,자료
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