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반응열 |
ㅇ 반응열 ; 화학 반응시 방출되거나 흡수되는 열량
ㅇ 연소열 ; 어떤 물질 1 g 이 연소될 때 방출되는 열량
ㅇ 열량계 ; 연소열이 주변의 있는 물의 온도를 변화시킨다.
이 물의 온도 변화로 열량을 측정한다.
외부로 열이 뺏기지 않도록 단열 용기에 물이 있다.
ㅇ 반응열의 계산
반응열 = 열량계의 물이 얻은 열량 + 열량계가 얻은 열량
= (물의 질량 x 물의 비열 x 온도 변화 ) + (열량계 열용량 x 온도 변화)
[실험] 1. 아래 그림과 같은 깡통 열량계에 물 200g을 넣고
물의 온도, 물의 질량, 양초의 질량을 쟀다.
2. 양초에 불을 붙여 물의 온도가 40 - 50 ℃ 가 되었을 때
물의 온도와 양초의 질량을 잰다.
3. 측정 결과는 다음과 표와 같다.
측정값 |
연소 전 |
연소 후 |
물의 온도(℃) |
20 |
46 |
양초의 질량(g) |
48 |
47.5 |
[문1] 위 실험에서 물의 온도가 올라간 것은 무엇 때문인가 ?
[답1] 양초가 타면서(연소) 발생한 양초의 연소열이 물을 가열시켰다.
[문2] 열손실이 없었다고 했을 때 양초의 연소열을 구하면 ? (단, 물의 비열은 4.2 J/g ℃)
[답2] 발생한 열량 = 물의 질량 x 온도 변화 x 물의 비열
= 200 x 26 x 4.2 = 21840 J
양초 질량의 변화 = 0.5 g
연소열이란 1g 의 물질이 탈 때 나는 열이므로 1g 으로 고쳐야 한다.
양초 0.5 g 이 타면서 21840 J 의 열이 나왔으므로 양초 1g이 타면
21840 J x 2 = 43680 J 의 열이 난다.
따라서, 양초의 연소열은 43680 J/g 이다.
ㅇ 결합에너지를 이용한 반응열 계산
-. 결합에너지 ; 원자들이 결합하여 분자가 될 때 방출되는 에너지
원자의 결합을 끊을 때 같은 에너지가 든다.
-. 반응열 = 생성 물질의 결합에너지 - 반응 물질의 결합에너지
[문3] 염소(Cl2)와 수소(H2)가 반응하여 염화수소(HCl)를 생성할 때
반응열을 계산하면 ? (단, H-H, Cl -Cl, H-Cl 의 결합에너지는
각 436kJ, 243kJ, 432kJ 이다.)
[답3] 반응식은 다음과 같다.
Cl2 + H2 → 2HCl + Q kJ
그러면, 반응열 Q를 구해보자
HCl이 만들어 지려면 염소 분자(Cl2)가 염소 원자로,
수소분자 (H2)는 수소원자로 끊어져야 되므로
Cl - Cl (Cl2 )의 결합을 끊는데 243 kJ
H -H ( H2) 의 결합을 끊는데 436kJ 의 에너지가 필요하다.
따라서, 주변에서 흡수해야 할 열량은 679 kJ (243 + 436)이다.
이제 끊어진 Cl , H 원자들이 떠돌다가 서로 결합을 하면
분자가 되므로 열을 방출한다. 이 때 방출되는 열이
432 kJ(H-Cl 의 결합에너지) 이다. 그런데, HCl 분자가
2개 만들어지므로(위 반응식 볼 것)방출된 에너지는 864 (432 x 2 )kJ이다.
결국, 679를 흡수하고 864를 방출했으니 이 반응에서는 185kJ의 열이 방출되었다.
즉, 발열 반응이다. 열화학 반응식을 완성하면 다음과 같다.
Cl2 + H2 → 2HCl + 185 kJ