제목 : 반응열과 헤스의 법칙

목적 : 고체 수산화 나트륨과 염산의 중화 반응을 한 단계 및 두 단계로 진행시켜 각 단계의 반응열을 측정하고 헤스의 법칙을 확인한다.

관련단원 : 제 8 장 열화학

원리 :

1. 이해 해야 할 용어

1.1. 계(System) : 우리가 관심을 가지는 우주의 일부분

1.2. 주위(Surrounding) : 계와 에너지를 교환하며 계를 제외한 우주의 나머지 일부분

1.3. 열흐름의 방향과 부호(발열반응, 흡열반응)

1.3.1. 열이 주위에서 계로 흘러 들어갈 경우 q는 +이다.

1.3.2. 열이 계에서 주위로 흘러 들어갈 경우 q는 -이다.

1.3.3. 흡열과정(q>0): 열은 주위로부터 반응계로 흐른다(endothermic)

1.3.4. 발열과정(q<0): 열은 반응계로부터 주위로 흐른다(exothermic)

1.4. 열흐름의 크기

1.4.1. J(Joule) : SI 단위로는 N·m

SI단위

1.4.2. 열용량, 비열

q = C x dt
(dt = t최종 - t최초 )

C : 열용량 J/℃

q = m x c x dt

c : 비열(specific heat)

1.5. 엔탈피(Enthalpy : H)

q반응 = dH = (H생성물 - H반응물)

일정한 압력하에서

발열반응 q = dH < 0 H생성물 < H반응물

흡열반응 q = dH > 0 H생성물 > H반응물

1.6. 열화학 반응식 : 생성물과 반응물간의 질량관계 뿐만 아니라 엔탈피 관계를 나타내는 식

1.7. 열화학법칙

1.7.1. delta H의 크기는 반응물이나 생섬물의 양에 비례한다.

1.7.2. 한 반응의 delta H는역반응의 delta H와 부호는 반대이고 크기는 같다.

1.7.3. Hess의 법칙

1.8. 열역학 제1 법칙 : 어떤 과정에서 계의 에너지 변화, delta E는 계에 흡수된 열(q)과 계가 행한 일(w)의 합과 같다.

delta E = q + w


2. Hess의 법칙 : 반응에서 delta H값은 반응이 한 단계로 진행되거나, 여러 단계를 거쳐 일어나거나 상관없이 같은 값을 가진다.

3. 실험이론

3.1. NaOH와 HCl의 중화 반응은 다음과 같다.

NaOH(s) + H+ (aq) + Cl- (aq) -> H2O(l) + Na+ (aq) + Cl- (aq): delta H1

(반응1)

3.2. 이 반응을 두 단계로 나누어 일어나게 하면

NaOH(s) --> Na+ (aq) + OH- (aq): delta H2

(반응2 용해열)

Na+ (aq) + OH- (aq) + H+ (aq) + Cl- (aq) -->
         H2O(l) + Na+(aq) + Cl-(aq) : delta H3

(반응3 중화열)

3.3. Hess의 법칙에 따라

delta H1 = delta H2 + delta H1


 

 

 

기구 및 시약

1. 기구 :

250 ml 삼각플라스크(3개/조)

온도계(1개/조),

고무마게(1개/조) : 온도계를 끼울수 있도록 준비

100 ml 눈금실린더(1개/조)

보온재(솜, 알루미늄 포일) 다수

비이커(500 또는 1000 ml, 1개 / 조)

저울(1대/실험실)

2. 시약

NaOH (2 g / 조) : 잘게 부수어서 잘 녹을 수 있게 할 것.

0.25 M HCl (200 ml / 조)

0.5 M NaOH (100 ml / 조)

0.5 M HCl (100 ml / 조)

 

 

 

실험방법

1. 반응(1)의 반응열 측정

NaOH(s) + H+ (aq) + Cl- (aq) -> H2O(l) + Na+ (aq) + Cl- (aq): delta H1

(반응1)

1.1. 250 ml 삼각플라스크를 깨끗이 싯은 후 잘 말린다.

1.2. 삼각플라스크의 무게 측정

1.3. 보온재로 싸서 보온

1.4. 0.25 M HCl 200 ml를 삼각플라스크에 넣는다.

1.5. 온도 측정

1.6. 약 2g의 NaOH(s)무게 측정

1.7. 플라스크에 빨리 넣는다.

1.8. 최고 온도 측정

1.9. 삼각플라스크의 무게 측정

1.10. delta H1 계산

delta H1 = m(용액) x delta T x 4.18 + m(플라스크) x delta T x 0.85(J)

m(용액) : 용액의 질량

m(플라스크) : 플라스크의 질량

HCl수용액의 비열 : 4.18 J/g

플라스크의 비열 : 0.85 J/g


2. 반응(2)의 반응열 측정

NaOH(s) --> Na+ (aq) + OH- (aq): delta H2

(반응2 용해열)

2.1. 250 ml 삼각플라스크를 깨끗이 싯은 후 잘 말린다.

2.2. 삼각플라스크의 무게 측정

2.3. 보온재로 싸서 보온

2.4. 증류수 200 ml를 삼각플라스크에 넣는다.

2.5. 온도 측정

2.6. 약 2g의 NaOH(s)무게 측정

2.7. 플라스크에 빨리 넣는다.

2.8. 최고 온도 측정

2.9. 삼각플라스크의 무게 측정

2.10. delta H2 계산

delta H1 = m(용액) x delta T x 4.18 + m(플라스크) x delta T x 0.85(J)


3. 반응(3)의 반응열 측정

Na+ (aq) + OH- (aq) + H+ (aq) + Cl- (aq) -->
         H2O(l) + Na+(aq) + Cl-(aq) : delta H3

(반응3 중화열)

3.1. 250 ml 삼각플라스크를 깨끗이 싯은 후 잘 말린다.

3.2. 삼각플라스크의 무게 측정

3.3. 보온재로 싸서 보온

3.4. 0.5 M HCl 100 ml를 삼각플라스크에 넣는다.

3.5. 0.5 M NaOH 100 ml를 눈금실린더에 넣는다.

3.6. 눈금 실린더와 삼각플라스크의 온도가 같을 때 까지 기다린후 온도 측정

3.7. 플라스크에 NaOH용액을 빨리 넣는다.

3.8. 최고 온도 측정

3.9. 삼각플라스크의 무게 측정

3.10. delta H1 계산

delta H1 = m(용액) x delta T x 4.18 + m(플라스크) x delta T x 0.85(J)



 

 

 

결과

1. 반응 1의 반응열

삼각플라스크의 무게

고체 NaOH의 무게

중화된 용액과 플라스크의 무게

중화된 용액의 무게

염산 용액의 온도(T1)

중화된 용액의 최고 온도(T2)

온도 상승( delta T = T2 - T1)

용액에 의해 흡수된 열량

플라스크에 의해 흡수된 열량

반응(1)에서 방출된 열량

NaOH 1몰당 반응열

2. 반응 2의 반응열

삼각플라스크의 무게

고체 NaOH의 무게

NaOH 용액과 플라스크의 무게

NaOH 용액의 무게

물의 온도(T1)

NaOH 용액의 최고 온도(T2)

온도 상승( delta T = T2 - T1)

용액에 의해 흡수된 열량

플라스크에 의해 흡수된 열량

반응(2)에서 방출된 열량

NaOH 1몰당 용해열

3. 반응 3의 반응열

삼각플라스크의 무게

중화된 용액과 플라스크의 무게

중화된 용액의 무게

HCl과 NaOH용액의 평균 온도(T1)

중화된 용액의 최고 온도(T2)

온도 상승( delta T = T2 - T1)

용액에 의해 흡수된 열량

플라스크에 의해 흡수된 열량

반응(3)에서 방출된 열량

NaOH 1몰당 중화열


동국대학교 일반화학실험 조교 이 준 우