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[일반화학실험] 화학반응의 엔탈피 측정 – 네이버 블로그
(전체 반응의 엔탈피=각 단계의 엔탈피 합). . <실험 방법>. 1. 실험A. 250mL 삼각플라스크에 0.25M 염산수용액 100ml를 넣고 온도를 측정한다.
Source: m.blog.naver.com
Date Published: 8/13/2022
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중화반응의 엔탈피 측정 결과보고서 – 네이버 블로그
실험목표. 산과 염기의 중화 반응을 이용해서 엔탈피가 상태함수 임을 확인한다. 실험결과. (1) 전체반응에서의 엔탈피 변화 측정(NaOH와 액체 HCl의 …
Source: m.blog.naver.com
Date Published: 2/6/2022
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엔탈피 측정 – KOCw
1 . 실험목적. • 산과 염기의 중화반응의 엔탈피(반응. 열)를 측정하는 방법을 배우고 Hess. 의 법칙을이해하고 이를 이용하는 법. 을 배 운 다. • 핵심개념 : 산염기, …
Source: contents2.kocw.or.kr
Date Published: 7/28/2021
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엔탈피 측정 – 화공노트: 화학공학 살펴보기
산과 염기의 중화 반응을 이용해서 엔탈피가 상태함수임을 확인한다. … 실험 2에서 측정한 용해열과 실험 3에서 측정한 중화열을 기반으로 둘의 …
Source: cccforone.tistory.com
Date Published: 8/11/2021
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[표준일반화학실험] 12. 엔탈피 측정 실험 레포트(미완성)
엔탈피 측정 실험 레포트(미완성) … (3) 화학 반응이 여러 단계로 일어날 때 각 단계의 반응열을 측정하여 헤스 법칙이 성립함을 확인한다.
Source: science-chemistry-log.tistory.com
Date Published: 7/17/2021
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애플레포트 [자연과학] 일반화학실험 – 엔탈피 측정화학실험결과
[자연과학] 일반화학실험 – 엔탈피 측정화학실험결과 · 1) 열역학 제1 법칙에 의한 에너지 U와 엔탈피 H에 대한 정의 a. · 2) 엔탈피 변화와 발열 흡열 반응Source: areport.iwinv.net
Date Published: 1/12/2021
View: 5332
엔탈피 측정 실험보고서(예비, 결과 리포트)화학실험결과
엔탈피측정. 2. Introduction(실험소개) – 산과염기의 중화반응을 이용해서 엔탈피가 상태함수임을 확인한다. 3. Principle & Theory(원리와이론)
Source: areport.iwinv.net
Date Published: 2/19/2022
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[스크랩] 엔탈피 측정 실험 – Daum 블로그
엔탈피 측정(101쪽) 목표 산과 염기의 중화 반응 을 이용해서 엔탈피가 상태함수 임을 확인 한다 반응열(heat of reaction) 화학 반응이 일어날 때 …
Source: blog.daum.net
Date Published: 7/3/2022
View: 4515
[화학실험]엔탈피 측정 레포트 – 해피캠퍼스
6. Discussion 이번 실험은 산과 염기를 이용해서 엔탈피를 측정하는 실험이었다. 열량을 구 하기 위해서 비열용량의 책에 주어진 물의 비열은 4.18J/℃ g …
Source: www.happycampus.com
Date Published: 1/30/2022
View: 6062
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주제에 대한 기사 평가 엔탈피 측정 실험
- Author: 한구로팡
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- Date Published: 2019. 5. 21.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=6RkuErLT4i8
[일반화학실험] 화학반응의 엔탈피 측정
오늘 실험의 ㅣ목적은 산과 염기의 중화 반응을 통해 엔탈피가 상태함수임을 확인하는 것이다.
열량계를 이용해 열량을 잴 때, 열량 Q는 다음의 공식을 써서 계산할 수 있다.
Q= c*m*△T
(c=비열, m=질량, T=온도)
에너지를 U로 나타낼 때, 에너지 변화량 △U=Q v
이고, 엔탈피 H의 변화량은 △H=Q p
상태 함수는 상태 변화의 경로에 상관없이 일정한 함수를 말한다. (반댓말: 경로함수)
따라서 헤스의 법칙이 성립한다. (전체 반응의 엔탈피=각 단계의 엔탈피 합)
<실험 방법>
1. 실험A
250mL 삼각플라스크에 0.25M 염산수용액 100ml를 넣고 온도를 측정한다.
약 1g의 고체 수산화나트륨을 빠르게 무게를 재서 플라스크에 넣고 섞어준다.
수산화나트륨이 모두 녹았으면 온도가 가장 높이 올라갔을 때의 온도를 기록하고 플라스크의 무게를 잰다.
2. 실험 B
염산 용액 대신 증류수 200ml로 실험 A를 반복한다.
3. 실험 C
250ml 삼각플라스크의 무게를 측정한 뒤 스티로폼을 이용해 단열이 되게 한다.
0.25 M 염산용액 200ml를 넣고 온도를 측정한다.
0.5M 수산화나트륨용액 100ml의 온도를 측정한 뒤 염산 용액의 온도와 비교한다.
수산화나트륨 용액을 염산 용액에 빠르게 넣는다.
용액의 온도가 가장 높을 때의 온도를 기록하고, 플라스크의 무게를 잰다.
<실험 결과>
*Q=[4.18W 1 +0.85W 2 ]△T
1. 실험 A
중화반응의 엔탈피 측정 결과보고서
실험목표
산과 염기의 중화 반응을 이용해서 엔탈피가 상태함수 임을 확인한다.
실험결과
(1) 전체반응에서의 엔탈피 변화 측정(NaOH와 액체 HCl의 중화반응: 용해열+중화열)
①100ml 비이커의 무게 60g
②고체 NaOH의 무게 5g 몰수는 5g/40g/mol=0.0125mol
③중화된 용액과 플라스크의 무게 108g 용액의 무게는 48g
④용액의 처음 온도 24도
⑤중화반응후 온도 28도
⑥온도 변화량 4도
⑦용액에 흡수된 열량(물의 비열 4.18J/g도)
⑧비이커에 흡수된열량(유리의 비열은 0.86J/g도)
⑨총 흡수된 열량
802.56J+206.4J=1008.96J
⑩NaOH 1몰당 반응열(발열반응이므로 부호는 (-))
-1008.96J/0.0125mol=-80.716kJ/mol
(2) 고체 NaOH가 물에 녹는 반응에서의 엔탈피 변화 측정(고체 NaOH의 용해열)
①100ml 비이커의 무게 60g
②고체 NaOH의 무게 5g 몰수는 5g/40g/mol=0.0125mol
③용액과 플라스크의 무게 113g 용액의 무게 53g
④처음 증류수의 온도 23도
⑤수산화 나트륨과 반응후 온도 25도
⑥온도 변화량 2도
⑦용액에 흡수된 열량
⑧비이커에 흡수된열량
⑨총 흡수된 열량
443.08J+103.2J=546.28J
⑩NaOH 1몰당 반응열(발열반응이므로 부호는(-))
-546.28J/0.0125mol=-43.7kJ/mol
(3) 액체 NaOH와 액체 HCl 중화반응에서의 엔탈피변화 측정(중화열)
①100ml 비이커의 무게 60g
②액체 NaOH의 몰수 0.5MX0.0025L=0.0125mol
③용액과 플라스크의 무게 107g 용액의 무게 47g
④처음 용액의 온도 24도
⑤중화 반응후 용액의 온도 26.2도
⑥온도 변화량 2.2도
⑦용액에 흡수된 열량
⑧비이커에 흡수된열량
⑨총 흡수된 열량
432.2J+113.52J=545.72J
⑩1몰당 반응열
-545.72J/0.0125mol=-43.66kJ/mol
두개의 엔탈피값 비교 (1)=(2)+(3)
-80.716kJ/mol=-43.7kJ/mol+(-43.66kJ/mol)
-80.716kJ/mol=-87.36kJ/mol
원래 같은 값이 나와야 하지만 실험과정상 문제로 엔탈피 값이 같은 값이 나오지 않았다^^;
고찰
화공노트: 화학공학 살펴보기
Ⅰ. Title
엔탈피 측정
Ⅱ. Purpose
산과 염기의 중화 반응을 이용해서 엔탈피가 상태함수임을 확인한다.
Ⅲ. Theory
1. 계(system)와 주위(surroundings)
열역학에 대해서 논의하기 위해서, 우주(universe) 전체를 고려하는 것이 아니라, 특정 부분을 고려해야 한다. 이때 우리가 관찰하고자 하는 반응이 발생하는 공간을 계(system), 우주에서 계를 제외한 나머지 부분을 주위(surroundings)라고 한다. 계는 물질과 에너지의 이동여부에 따라 3가지로 구분한다. 열린계(open system)은 계에 있는 에너지와 물질이 주위와 교환이 가능한 계를 의미한다. 뚜껑이 없는 물을 끓이는 냄비를 열린계의 예로 들 수 있다. 두 번째로, 고립계(isolated system)은 계의 물질과 에너지가 모두 주위로 이동할 수 없는 상태에 놓인 계를 의미한다. 각각의 계도 의미가 있다. 그러나, 열역학을 논의할 때 가장 중요한 계는 닫힌계(closed system)다. 닫힌계는 주위로 물질은 이동할 수 없지만, 에너지가 이동 가능한 상태에 놓인 계를 의미한다. 닫힌 계를 설정하기 위해서 압력과 부피 중 한가지를 고정하는 형태를 이용한다. 실린더를 이용하면 반응 중 압력을 대기압으로 유지할 수 있으며, 강철용기 내에서 반응을 진행하면 부피를 용기의 부피로 고정할 수 있다.
2. 내부에너지 (internal energy)
1) 내부에너지의 뜻과 의미
내부에너지(internal energy)는 계를 구성하는 모든 물질들의 운동에너지와 퍼텐셜에너지를 더한 값이다. 에너지이기에 값을 쉽게 측정할 수 있다고 생각하지만, 내부에너지는 에너지의 절대적 수치를 측정할 수 없으며, 계의 에너지 변화에 따른 변화량에 대해서만 논의 가능하다. 반응 후의 에너지를 $E_{final}$, 반응 전의 에너지를 $E_{initial}$이라고 할 때, 에너지 변화량은 $\Delta E=E_{final}-E_{initial}$이다. 에너지의 변화량을 구할 때 숫자, 단위, 그리고 부호를 이용한다. 숫자와 단위는 단순히 에너지 변화량의 절대적인 크기에 대해 논할 때만 사용한다. 하지만, 부호는 에너지가 어떠한 방향으로 이동했는지 보여준다. 만약 $\Delta E>0$이라면, $\Delta E_{final} > \Delta E_{initial}$인 것을 뜻한다. 즉, 에너지가 주위에서 계로 유입되었음을 의미하며 이러한 반응을 흡열반응(Endothermic process)이라고 한다. 반면 $\Delta E<0$이라면, $\Delta E_{final}
[표준일반화학실험] 12. 엔탈피 측정 실험 레포트(미완성)
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1. 목표
(1) 산과염기의 중화반응을 이용해 엔탈피가 상태함수임을 확인한다.
(2) 여러 가지 화학 반응에 수반되는 열의 출입 현상을 관찰하고 반응열을 설명할 수 있다.
(3) 화학 반응이 여러 단계로 일어날 때 각 단계의 반응열을 측정하여 헤스 법칙이 성립함을 확인한다.
2. 기구&시약
시약 : 0.25M HCl(hydrochloric acid), 0.5M HCl(hydrochloric acid) , NaOH 고체(sodium hydroxide), 0.5M 수산화 나트륨(NaOH) 수용액
기구 : 삼각 플라스크 250 mL 3개, 비커 500 mL, 눈금 실린더 100 mL, 온도계, 화학 저울, 스티로폼 또는 솜
3. 원리
(1) 반응 엔탈피와 반응열
① 엔탈피(H)
물질로 구성된 계의 에너지를 표현하는 상태 함수의 일종으로 일정한 압력 조건에서 열을 내놓을 수 있는 열역학 포텐셜
절대값을 알 수 없어 엔탈피의 변화량인 반응 엔탈피만 측정할 수 있다.
② 반응 엔탈피(ΔH) : 일정한 압력(대기압) 조건에서 화학 반응이 일어날 때 엔탈피 변화량
(2) 내부 에너지 변화와 결합 에너지
: 표준 상태에서 수행되는 화학 반응에서 내부 에너지 변화는 반응물이 생성물로 변하는 과정에서 물질의 결합 에너지의 차이에 의해 초래된다.
화학 반응을 할 때 방출하거나 흡수되는 열은 반응물의 결합 에너지와 생성물의 결합 에너지 차이이다.
전체 반응의 반응 엔탈피 = 흡수된 에너지 + 방출된 에너지
반응물의 결합에너지 < 생성물의 결합에너지 → 차이만큼 에너지가 방출되는 발열 반응이 일어남 반응물의 결합에너지 > 생성물의 결합에너지 → 차이만큼 에너지가 흡수되는 흡열 반응이 일어남
(3) 반응과 온도변화
발열반응 : 결합에너지의 차이로 방출된 에너지는 반응계에 의해 흡수되어 분자들의 운동에너지를 증가시키므로, 계의 평균 분자 운동 에너지와 비례하여 온도가 일시적으로 증가
: 흡열반응 : 결합 에너지의 차이를 계의 분자 운동에너지로부터 흡수하므로 평균 분자 운동 에너지와 비례하여 온도가 일시적으로 감소
: 발열반응과 흡열반응으로 계와 주위의 열평형이 깨지면 표준 상태를 회복할 때까지 열의 이동이 일어난다.
반응열(Q) : 주위가 계로부터 얻은 열. 반응 엔탈피(ΔH)와 크기는 같고 부호는 반대이다.
(4) 열량계
: 주위와 계 사이의 열의 출입에 의한 주위의 온도 변화를 측정해 계에서 출입한 열량을 측정할 수 있도록 제작된 장치
간이 열량계 : 부피 변화가 거의 없는 스타이로폼으로 만든 것으로, 반응 엔탈피를 비교적 정확히 측정할 수 있다.
통열량계 : 밀폐도가 크며 간이 열량계보다 반응 엔탈피를 좀 더 정확히 측정할 수 있다.
두 열량계 모두 주위는 물로 구성 → 계와 주위에 출입하는 열에 의한 물의 온도 변화를 측정하여 열량을 계산 한다.
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(5) 헤스 법칙
헤스법칙 또는 총열량 불변의 법칙 : 화학 반응에서 반응 엔탈피(△H)는 그 반응의 처음 상태와 나중 상태만으로 결정되며 경로에는 무관하다.
헤스의 법칙이 성립하는 이유 : 엔탈피가 상태 함수이므로 처음과 나중의 상태만 같으면 어떠한 경로를 거쳐도 변화량은 같은 값을 나타내기 때문이다.
(예) 메테인을 탄소와 수소로부터 합성할 때의 반응열을 다음과 같은 반응들의 반응열을 이용하여 간접적으로 측정할 수 있다.
(6) 중화 반응과 헤스 법칙
중화 반응 : 산과 염기가 반응하여 물이 생성되는 반응
알짜이온반응식 : H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l)
하지만 실제 반응에서는 산과 염기를 반응시키는 과정에서 용해, 희석이 일어남
→ 실험에서 이러한 과정을 단계별로 나누어 반응열을 측정하여 헤스 법칙이 성립하는가를 확인하려고 한다.
△H₁ = △H₂ + △H₃
수산화 나트륨 고체를 묽은 염산에 녹여 측정한 반응열(△H₁)=수산화 나트륨을 물에 녹여 측정한 용해열(△H₂) + 수산화 나트륨 수용액과 묽은 염산을 반응시킨 중화열(△H₃)
4. 유의사항
HCl과 NaOH 용해 반응은 모두 발열 반응이므로 용액을 미리 만들어 실온으로 식힌 것을 사용한다.
HCl 용액과 NaOH은 부식성이 있고 눈을 상하게 할 수 있으므로 비닐 장갑과 보안경을 반드시 착용하고 실험한다.
NaOH의 질량을 너무 천천히 측정하면 조해성 때문에 시료를 재는 종이에 시약이 달라붙으므로 신속히 다루도록 한다.
온도계는 얼음물과 끓는물을 이용하여 보정한 후 사용한다.
용액의 온도를 측정하기 위해서는 온도계가 용액의 가운데에 위치하도록 장치한다.
눈금 실린더를 사용할 때 정확한 양을 측정하기 위하여 마지막 눈금은 스포이트로 맞춘다.
스포이트는 눕히지 않고 세운 후 엄지와 검지를 이용하여 고무를 잡고 나머지 세 손가락을 이용하여 유리관을 고정시킨 후 사용한다.
HCl이나 NaOH 용액을 만들 때에는 반드시 물에 염산이나 수산화나트륨을 넣어 만든다. 염산이나 수산화 나트륨에 물을 부을 경우 매우 많은 열이 급격히 발생하면서 유리 기구가 깨질 염려가 있다.
염산이나 수산화 나트륨에 물을 부을 경우 매우 많은 열이 급격히 발생하면서 유리 기구가 깨질 염려가 있다. 초기 온도는 열적 평형에 도달하기까지 기다린 후 측정한다.
저울은 영점 조절 후 사용한다.
5. 실험 과정
A. △H4의 측정
250 mL 삼각 플라스크를 깨끗이 씻어 말린 후에 무게를 0.1 g까지 측정하고, 스티로폼으로 잘 싸서 단열이 되도록 한다. 0.25 M 염산 용액 200 mL를 넣고 온도를 0.1℃까지 정확하게 측정한다. 약 2 g의 고체 수산화 나트륨을 0.01 g까지 재빨리 측정하여 플라스크에 넣고 흔들어준다. 용액의 온도가 가장 높이 올라갈 때의 온도를 기록하고, 플라스크의 무게를 잰다.
B. △H5의 측정
0.25 M 염산 용액 대신 증류수 200 mL로 실험 A를 반복한다.
C. △H6의 측정
250 mL 삼각 플라스크를 깨끗이 씻어 말린 후에 무게를 0.1 g까지 측정하고, 스티로폼으로 잘 싸서 단열이 되도록 한다. 0.5 M 염산 용액 100 mL를 넣고 온도를 0.1℃까지 정확하게 측정한다. 눈금 실린더에 0.5 M 수산화 나트륨 용액 100 mL를 취해서 온도를 측정하여 염산 용액과 온도가 같은가를 확인한다. 수산화 나트륨 용액을 염산 용액에 재빨리 넣고, 온도가 가장 높이 올라갔을 때의 온도를 기록한다.
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[size : 18 Kbyte] 1. 목적산과 염기의 중화 반응을 이용하여 엔탈피가 상태함수임을 확인한다.(핵심개념: 엔탈피, 상태함수, 헤스의 법칙, 반응열, 생성열)2. 이론
1) 열역학 제1 법칙에 의한 에너지 U와 엔탈피 H에 대한 정의
a. dU=qv
여기서 qv는 부피가 일정할 때 흡수하거나 방출한 열. =` dU는 일정한 부피를 가진 밀 폐 용기 내에서 화학 반응을 진행시키고, 그때 열량계 온도 변화를 측정하여 열을 계산 함으로써 구함
b. 흔히 화학 반응은 일정한 부피에서가 아니라 일정한 압력 하에서 일어나게 된다. 이 런 조건에서의 열은 d(U+PV)=qp식으로 바꾸어 쓸 수 있다. 여기서 qp는 압력이 일정 할 때 흡수하거나 방출한 열을 뜻하며 U+PV는 열역학에서 자주 등장하는 형태이므로 dH로 정의하기로 한다. 이 때 액체와 고체만 포함된 반응에서는 부피 변화가 아주 작 기 때문에 근사적으로 dH=dU로 표시가 가능하다.
c. 기체가 발생 또는 소모되는 반응에서는 dH와 dU는 크게 다를 수 있다.
2) 엔탈피 변화와 발열 흡열 반응
a. 엔탈피 변화량=H생성물-H반응물
b. 발열 반응 dH` 0
c .흡열 반응 dH` 0
3) Hess 의 법칙
화학 반응식에 있어서 반응물과 최종 생성물의 종류와 상태가 같다면 반응 경로에 상관 없이 반응 열이 같다. =` 일어나기 어려운 반응의 반응열 구할 때 이용
4) 표준 몰 생성 엔탈피
표준 상태에서 생성물 1mol 생길 때 엔탈피 변화
반응물의 결합 엔탈피와 생성물의 결합 엔탈피 차이로써 구할 수 있다.
dH=(반응물의 전체 결합을 해리하기 위해 사용된 에너지)-(생성물의 전체 결합을 형성함으 로써 방출한 열에너지)
5)평균 몰결합 엔탈피 참고표
6) 표준 몰 생성 엔탈피 참고표
3. 실험 방법
1) dH4 측정
a. 삼각 플라스크 무게 잰 후 스티로폼 등…(생략)
으로 단열
b. 0.25M 염산 200mL 넣고 온도 측정
c. 2g 정도의 고체 NaOH 넣고
d. 최대 온도 측정, 플라스크 무게 측정
2) dH5 측정
-증류수 200mL로 실험 1)반복
3) dH6 측정
a. 실험 1)의 a. b. 측정
b. NaOH (0.5M) 100mL를 염산에 넣고
c. 최대 온도를 측정
4) dH4=dH5 + dH6 확인
4. 실험 기구 및 시약
삼각플라스크 250mL 3개
비커 50mL
눈금 실린더 100mL
온도계
저울
스티로폼 또는 솜
HCl 0.25mol/L
NaOH 고체
0.5M NaOH
0.5M HCl
5. 실험 결과
1) 실험 Data
실험 A. 의 측정
측 정 값
삼각플라스크의 무게
129.16g
고체 NaOH의 무게
2.00g
중화된 용액과 플라스크의 무게
329.02g
중화된 용액의 무게
199.86g
염산 용액의 온도
19.5℃
중화된 용액의 최고온도
22.2℃
실험 B. 의 측정
측 정 값
삼각플라스크의 무게
131.89g
고체 NaOH의 무게
2.00g
NaOH 용액과 플라스크의 무게
333.00g
NaOH 용액의 무게
201.11g
물의 온도
18.5℃
NaOH 용액의 최고온도
19.8℃
실험 C. 의 측정
측 정 값
삼각플라스크의 무게
131.51g
중화된 용액과 플라스크의 무게
331.27g
중화된 용액의 무게
199.76g
NaOH 용액과 염산 용액의 평균 온도
19.5℃
중화된 용액의 최고 온도
20.9℃
2) 실험 Results
실험 A. 의 측정
결 과 값
온도 상승값
2.7℃
용액에 의해 흡수된 열량
2255.62J
플라스크에 의해 흡수된 열량
296.42J
반응 1에서 방출된 열량
2552.04J
NaOH 1몰당 반응열,
51.04KJ/mol
※ 온도 상승값 : 22.2℃ – 19.5℃ = 2.7℃
※ 용액에 의해 흡수된 열량 : 4.18 × 199.86 × 2.7 = 2255.62J
※ 플라스크에 의해 흡수된 열량 : 0.85 × 129.16 × 2.7 = 296.42J
※ 반응 1에서 방출된 열량 : 2255.62J + 296.42J = 2552.04J
※ NaOH 1몰당 반응열, : 2552.04J / 0.05 = 51.04KJ/mol
NaOH 몰수 : 2.00g / 40.00g = 0.05
실험 B. 의 측정
결 과 값
온도 상승값
1.3℃
용액에 의해 흡수된 열량
1092.83J
플라스크에 의해 흡수된 열량
145.74J
반응 2에서 방출된 열량
1238.57J
NaOH 1몰당 반응열,
24.77KJ/mol
※ 온도 상승값 : 19.8℃ – 18.5℃ = 1.3℃
※ 용액에 의해 흡수된 열량 : 4.18 × 201.11 × 1.3 = 2255.62J
※ 플라스크에 의해 흡수된 열량 : 0.85 × 131.89 × 1.3 = 145.74J
※ 반응 1에서 방출된 열량 : 1092.83J + 145.74J = 1238.57J
※ NaOH 1몰당 반응열, : 1238.57J / 0.05 = 24.77KJ/mol
NaOH 몰수 : 2.00g / 40.00g = 0.05
실험 C. 의 측정
결 과 값
온도 상승값
1.4℃
용액에 의해 흡수된 열량
1169.00J
플라스크에 의해 흡수된 열량
156.50J
반응 3에서 방출된 열량
1325.50J
NaOH 1몰당 반응열,
26.51KJ/mol
※ 온도 상승값 : 20.9℃ – 19.5℃ = 1.4℃
※ 용액에 의해 흡수된 열량 : 4.18 × 199.76 × 1.4 = 1169.00J
※ 플라스크에 의해 흡수된 열량 : 0.85 × 131.51 × 1.4 = 156.50J
※ 반응 1에서 방출된 열량 : 1169.00J + 156.50J = 1325.50J
※ NaOH 1몰당 반응열, : 1325.50J / 0.05 = 26.51KJ/mol
NaOH 몰수 : 0.1L × 0.5M = 0.05mol
– 헤스의 법칙 = + 에 의해서
51.04KJ/mol ＜ 24.77KJ/mol + 26.51KJ/mol = 51.28KJ/mol 이 나왔다.
오차는 0.24KJ/mol 로서 + 가 크게 나왔다.
6. 고 찰 (Discussion)
– 먼저 비열용량은 교재에 있는 값을 사용하였다. 물의 비열은 4.18J/℃ g , 삼각플라스크 유리의 비열용량은 0.85J/℃ g 이다. 이번 실험에서 오차는 생각보다 크게 나오지 않았다. 그러나 실험을 하면서 주의가 필요한 점이 많이 있었다. 먼저 반응열에 의한 엔탈피의 변화는 초기온도와 최종온도변화에 따라 많이 달라짐을 알 수 있다. 따라서 실험 시 온도측정에 세심한 주의를 기울여야한다. 반응이 종결되었을 때 안정된 상태에서 측정하여야하며 이 때 측정치의 오차는 최종 헤스의 법칙에서의 반응전과 반응후의 엔탈피 변화의 합이 같지 않게 하는 오차의 원인으로 작용하게 된다. 실험 시에는 반응 종결후의 온도측정에 다소 오차가 있었던 것으로 보인다. 그리고 온도계를 읽는 방법도 주의해야 한다.
그리고 단열이 확실히 이루어지지 않은 것도 오차의 원인이었다. 삼각플라스크의 옆면은 단열이 이루어졌지만 바닥과 입구부분은 단열이 되지 않아서 단열이 확실히 되지 않았다. 온도측정이 중요한 부분임을 생각할 때 오차의 중요한 원인이 될 수 있다.
실험에 의한 오차 값은 0.24KJ/mol으로 확인되었지만 전체실험을 통하여 이론값에 근사한 값을 확인할 수 있었으며 이는 헤스의 법칙에 어긋나지 않음을 확인할 수 있었다.
실험 시 유의사항으로는 고체수산화나트륨은 평형수분함량이 높기 때문에 질량측정이나 반응기내 주입 시 장시간의 시간을 할애하게 되면 대기 중의 수분을 함량하게 되므로 실험과정에서 시간의 안배에 주의를 기울여 고체수산화나트륨이 대기 중 수분을 함량하지 않도록 주의를 기울여야한다.
단열을 잘 해야 정확한 실험 결과가 얻어질 것이다.
고체 NaOH는 흡습성이 강하므로 신속한 실험 만이 오차를 줄일 수 있을 것이다.
7. 참고문헌 (References)
표준일반화학실험 -천문각- (교재)
http://chem1.snu.ac.kr/~chemlab/exp/exp1-2.htm
일반 화학 (오정근 외 6명, 자유아카데미, 1997,p.184-187)
일반화학 실험 (조성일 외 3명, 청문각, 1994, p.42-43)
일반화학 (PETER A. Rock 외 1명, 탐구당, 1992, p.220-233)
표준 일반화학실험( 대한화학회, 천문각, 1999, p.101-105)
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[size : 18 Kbyte] 1. Tittle– 엔탈피측정2. Introduction(실험소개)
– 산과염기의 중화반응을 이용해서 엔탈피가 상태함수임을 확인한다.
3. Principle & Theory(원리와이론)
– 대부분의 경우에 화학반응이 진행되면 주위에서 열을 흡수하거나주위로 열을 방출하게 된다. 화학반응에서 출입하는 열의 양은 “ 열량계 ” 라는 장치를 사용해서 측정할 수 있다, 정밀한 측정을 위한 열량계는 그 구조 가 상당히 복잡하지만 단열이 잘 되는 보온병이나 스타이로폼으로 만든 컵이나 단열된 플라스크 등을 간단한 열량계로 사용할 수도 있다.
열량계를 이용하기 위해서는 열량계의 비열용량 C와 열량계의 질량을 먼 저 알아야 한다. 비열용량은 1g 물질의 온도를 1?C 변화시키는데 필요한 열의 양을 나타낸다. 따라서 비열용량이C(J / ?g)인 물질 Wg의 온도가 ? T(?C)만큼 변화했을 때 출입한 열의 양Q(J)라는 다음과 같이 계산할 수 있다.
Q = CW?T
“우주의 에너지는 일정하다”는 열역학 제1법칙은 “에너지” U와 “엔탈피” H라는 열역학적 양을 정의한다.
계가 부피팽창에 의한 일(PV일)만을 할 수 있는 경우에 계의 상태 변화 에 의하여 출입하는 열의 양은 상태 변화의 조건에 따라서 다음과 같게 된다.
?U=Qv , ?H=Qp
여기서Qv와Qp는 각각 일정한 부피와 일정한 압력에서의 상태 변화에서 출입하는 열의양을 나타낸다. 상태변화에 따라 출입하는 열의 양을 측정 해서 알아낸 에너지와 엔탈피의 변화는 화학반응의 평형 조건이나 자발 적인 변화의 방향을 알아내는 중요한 정보를 제공하게 된다.
엔탈피는 상태 함수이기 때문에 상태 변화에 따른 엔탈피 변화량 , 즉 반 응열은 변화의 단계에서의 반응열을 모두 합하면 반응 전체에서 일어나 는 반응열과 같게 되며 이것을 “헤…(생략)
스의 법칙” 이라고 부른다.
예를 들어서 산소와 이산화탄소가 만들어지고 상당한 양의 열이 방출 된 다.
이산화탄소가 만들어 질 때의 반응열은 충분한 양의 산소와 함께 연소시 키면서 방출되는 열의 양을 측정하면 쉽게 얻을 수 있다.
C +O2 → CO2 ?H=-393.5KJmol-1
한편 일산화탄소를 산소와 함께 태우면 역시 열이 발생하면서 이산화탄 소가 생성된다.
CO + 1/2O2 → CO2 ?H2=-283.0KJmol-1
그러나 산소의 양이 부족할 때의 불완전 염소에서 만들어지는 일산화탄 소 생성 반응의 반응열을 실험으로 직접 측정하기는 매우 어렵다. 이산화 탄소가 생성되는 것을 완전하게 막기가 쉽지 않기 때문이다. 이런 경우에 헤스의 법칙을 이용하면 일산화탄소의 생성열을 쉽게 알아 낼 수 있다.
C + 1/2O2 → CO ?H1=?H-?H2=-110.5KJmol-1
이 실험에서는 강염기인 수산화 나트륨과 강산인 염산의 중화 반응을 다음과 같이 두가지 방법으로 진행시키면서 반응열을 측정하여 헤스의 법칙이 성립하는 것을 확인했다. 고체 수산화나트륨을 염산에 넣으면 중 화반응이 일어나고 이때의 반응열을 ?H4라고 부르기도 한다.
(반응1) NaOH(s) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) ?H4
수산화나트룸과 염산의 중화반응은 다음과 같이 두 단계로 일어나게 만 들 수 있다. 즉 , 고체 수산화 나트륨을 먼저 물에 녹여서 NaOH 수용액 을 만들고 (반응2) , 그 수용액을 염산으로 중화시킨다(반응3)
(반응2) NaOH(S) + H2O(l) → NaOH(aq) ?H5
(반응3) NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) ?H6
반응2와 반응3에서의 반응열을 각각 ?H5와 ?H6으로 부르기도 하면, 헤 스의 법칙에 따라서 ?H4=?H5+?H6의 관계가 성립된다.
※ 열량계
주로 물질의 비열, 반응열, 잠열(潛熱) 또는 연료의 발열량을 측정하는 데 사용한다
※ 헤스의 법칙
화학 반응에서 생기는 총열량은 중간의 경로에 관계없이 반응의 처음과 마지막 상태에 따라서 결정된다는 법칙. 1840년에 제정 러시아의 화학자 헤스가 발견한 열화학에 관한 기본 법칙이다. ≒총열량 보존 법칙.
4. Apparatus & Reagents(실험기구 및 시약)
– 삼각 플라스크(250ml) 3개, 비커(500ml), 눈금 실린더(100ml) 온도계
저울, 솜, 0.25M HCl, NaOH(고체) 0.5M NaOH, 0.5M HCl
5.Procedure
실험 A, △H4의 측정
1) 250ml 삼각 플라스크를 깨끗하게 씻어서 말린 후에 무게를 0.1g까지 측정하고, 스타이로 폼으로 잘 싸서 단열이 되도록 한다.
2) 0.25M 염산 용액 200ml를 넣고 온도를 0.1C까지 정확하게 측정한다.
3) 약 2g의 고체 수산화나트륨을 0.01g까지 재빨리 달아서 플라스크에 넣고 흔들어 준다.
4) 용액의 온도가 가장 높이 올라 갈 때의 온도를 기록하고, 플라스크의 무게를 잰다.
실험B △H5의 측정
1) 0.25M 염산용액 대신 증류수 200ml로 실험 A를 반복한다.
실험C △H6의 측정
1) 250ml 삼각 플라스크를 깨끗하게 씻어서 말린 후에 무게를 0.1g까지 측정하고, 스타이로 폼으로 잘 싸서 단열이 되도록 한다.
2) 0.5M 염산용액 100ml를 넣고 온도를 0.1C까지 정확하게 측정한다.
3) 눈금실린더에 0.5M 수산화나트륨 용액 100ml를 취해서 온도를 측정하여 염산 용액과 온도가 같은가 확인 한다.
4) 수산화나트륨을 염산 용액에 넣고 재빨리 넣고, 온도가 가장 높이 올라갔을 때의 온도를 기록 한다.
6. Reslut
실험A ?H4의 측정
-삼각플라스크의 무게 : 118.3g
-고체 NaOH의 무게 : 2g
-중화된 용액과 플라스크의 무게 : 316.61g
-중화된 용액의 무게 : 198.31g
-염산 용액의 온도 : 19도
-중화된 용액의 최고 온도 : 23도
-온도 상승 값 : 4도
-용액에 의해 흡수된 열량 : 198.31g×4.18J/g·c×4c=3315.7432J
-플라스크에 의해 흡수된 열량 : 118.3g×0.85J/g·c×4c=402.22J
-반응 1에서 방출된 열량 : -3717.9632J
-NaOH 1몰당 반응열 ?H4=-3717.9632J/0.0125mol=-297.437056KJ/mol
실험A ?H5의 측정
-삼각플라스크의 무게 : 118.3g
-고체 NaOH의 무게 : 2g
-중화된 용액과 플라스크의 무게 : 316.61g
-NaOH의 용액의 무게 : 197.88g
-물의 온도 : 17.8도
-NaOH 용액의 최고 온도 : 20도
-온도 상승값 : 2.2도
-용액에 의해 흡수된 열량 : 197.88g×4.18J/g·c×2.2c=1819.70448J
-플라스크에 의해 흡수된 열량 : 118.3g×0.85J/g·c×2.2c=221.221J
-반응 2에서 방출된 열량 : -2040.92548J
-NaOH 1몰당 반응열 ?H4=2040.92548J/0.0125mol=-163.2740384KJ/mol
실험A ?H6의 측정
-삼각플라스크의 무게 : 118.3g
-중화된 용액과 플라스크의 무게 : 315.18g
-중화된 용액의 무게 : 196.88g
-NaOH 용액과 염산 용액의 평균 온도 : 19.5도
-중화된 용액의 최고 온도 : 23도
-온도 상승값 : 3.5도
-용액에 의해 흡수된 열량 : 196.88g×4.18J/g·c×2.2c=1810.50848J
-플라스크에 의해 흡수된 열량 : 118.3g×0.85J/g·c×2.2c=221.221J
-반응 1에서 방출된 열량 : -2031.72948J
-NaOH 1몰당 반응열 ?H4=J/0.0125mol=-162.5383584KJ/mol
297.437056KJ/mol=162.5383584KJ/mol +163.2740384KJ/mol
△H4 = △H5 + △H6
이렇게 나와야 하는데 나오지 않았다.
오차 = 100- (297.437056/325.8123968 x 100) = 8.709104097549%
7. Discussion
1. 엔탈피가 수산화나트륨 1몰당 반응열인가?
>> 엔탈피는 1몰당 반응열이다. 단위 KJ/mole, Kcal/mole
2. 엔탈피측정 실험에서요 문헌값 엔탈피와 실험값엔탈피가 오차가 나는 이 유는?
① 엔탈피 측정 시에 외부로 빼앗기는 열에 의해서 정확한 엔탈피 측정이 이루어지지 못해서 오차가 생긴다.
② 측정하고자 하는 시료의 정확한 양을 측정하지 못해서 오차가 생겼을 수 도 있다.
③ 가해준 열량을 정확히 측정하지 못해서 오차가 생겼을 수도 있다.
3. 화학반응이 일어날 때 열의 출입이 생기는 이유는?
>> 모든 물질들은 그 물질속에 화학결합에 의한 에너지를 가지고 있다. 물 질 속에 가지고 있는 고유의 열함량을 엔탈피(H)라고 하는데, 화학 변화 가 일어나면 반응물질이 가지고 있던 에너지와 생성물질이 가지고 있는 에너지 차이가 생겨서 열을 방출하든지(반응물질의 에너지가 더 높을 경 우), 또는 열을 흡수(생성물질의 에너지가 더 높을 경우) 하는 것이다. 즉, 열의 출입이 생기는 것이다.
[화학실험]엔탈피 측정 레포트
소개글 5 데이타와 결과 (계산과정있음)
6 디스커션
(A4 한장)
목차 5. Datas & Results
6. Discussion
본문내용 6. Discussion
이번 실험은 산과 염기를 이용해서 엔탈피를 측정하는 실험이었다. 열량을 구 하기 위해서 비열용량의 책에 주어진 물의 비열은 4.18J/℃ g , 삼각플라스크 유 리의 비열용량은 0.85J/℃ g 을 이용하였다. 의 값과 + 의 값이 비슷하게 나와야 하는데 15.4 KJ/mol 라는 큰 오차를 보였다. 이렇게 오차가 크 게 나온 까닭은 실험을 할 때 주의 할 점이 많았던 것 같다. 먼저 반응열에 의한 엔탈피의 변화는 초기 온도와 최종 온도의 변화에 따라 많이 달라짐을 알 수 있 었다. 따라서 실험을 할 때 온도 측정에 세심한 주의를 기울여야 했음을 알 수 있었다. 반응이 모두 끝나고 안정된 상태에서 측정하여야하면 이 때 측정치의 오 차는 최종 헤스의 법칙에서의 반응전과 반응후의 엔탈피 변화의 합이 같지 않게 하는 오차의 원인으로 작용하게 된다. 실험을 할 때 반응이 끝난 후 온도 측정에 약간의 오차가 있어 열량에서 오차가 나타난 것으로 생각된다. 그리고 온도계를 읽는 방법에서도 약간의 차이가 생겼을 것이다.
또한 단열이 확실하게 이루어지지 않은 것도 오차의 원인이었다. 삼각플라스크 의 옆면은 솜과 호일로 포장했기 때문에 단열이 되었지만 바닥과 입구부분은 단 열이 되지 않아서 단열이 확실히 되지 않았다. 온도 측정이 중요한 부분임을 생 각할 때 오차의 가장 큰 원인이라고 생각된다.
마지막으로 수산화나트륨은 평형수분함량이 높기 때문에 질량측정이나 삼각플 라스크에 넣을 때 오랜 시간을 소비하면 대기 중의 수분을 함량하게 되므로 정확 한 실험을 할 수 없게 된다. 따라서 실험 과정에서 시간 안배를 잘해서 수산화나 트륨이 대기 중의 수분을 함량하지 않도록 주의를 해야 한다.
단열을 확실하게 하고 온도 측정을 정확히 하며 수산화나트륨이 대기 중의 수 분 함량의 최소가 되도록 하는 실험을 한다면 이론과 같은 정밀한 실험을 할 수 있었을 텐데 하는 아쉬움이 들었지만 재미있었던 실험이었다.
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