[일반화학실험 보고서] 이산화탄소 승화열과 엔탈피

목차

<이산화탄소의 승화열>
1.목적
2.원리
3.실험방법
4.실험 기구 및 시약
5.드라이아이스 취급시 유의 사항

<엔탈피 측정>
1.목적
2.원리
3.실험방법
4.실험 기구 및 시약
5.주의사항
6.실험결과의 처리

본문내용

의 양을 측정해서 알아낸 에너지와 엔탈피의 변화는 화학 반응의 평형조건이나 자발적인 변화의 방향을 알아내는 중요한 정보를 제공하게 된다.
엔탈피는 상태 함수이기 때문에 상태 변화에 따른 엔탈피 변화량, 즉 반응열은 변화의 경로에 상관없이 언제나 일정하다. 따라서 여러 단계를 거쳐서 화학 반응이 일어나는 경우에 각 단계에서의 반응열을 모두 합하면 반응 전체에서 일어나는 반응열과 같게 되며, 이것을 "헤스의 법칙"이라고 부른다.
예를 들어서, 탄소를 산소와 함께 태우면 이산화탄소가 만들어지고 상당한 양의 열이 방출된다. 이산화탄소가 만들어질 때의 반응열은 충분한 양의 산소와 함께 연소시키면서 방출되는 열의 양을 측정하면 쉽게 얻을 수 있다.
C + O2 → CO2 ΔH1 = -393.5 kJ/mol
한편 일산화탄소를 산소와 함께 태우면 역시 열이 발생하면서 이산화탄소가 생성된다.
CO + 1/2 O2 → CO2 ΔH2 = -283.0 kJ/mol
그러나 산소의 양이 부족할 때의 불완전 연소에서 만들어지는 일산화탄소 생성 반응의 반응열을 실험적으로 직접 측정하기는 어렵다. 이산화탄소가 생성되는 것을 완전하게 막기가 쉽지 않기 때문이다. 이런 경우에 헤스의 법칙을 이용하면 일산화탄소의 생성열을 쉽게 알아낼 수 있다.
C + 1/2 O2 → CO ΔH3 = ΔH1 - ΔH2 = -110.5 kJ/mol
이 실험에서는 강염기인 수산화나트륨과 강산인 염산의 중화 반응을 다음과 같이 두 가지 방법으로 진행시키면서 반응열을 측정하여 헤스의 법칙이 성립하는 것을 확인한다.
고체 수산화나트륨을 염산에 넣으면 중화 반응이 일어나고, 이 때의 반응열을 ΔH4라고 부르기로 한다.
(반응 1) NaOH(s) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) ΔH4
수산화나트륨과 염산의 중화 반응은 다음과 같이 두 단계로 일어나게 만들 수 있다. 즉, 고체 수산화나트륨을 먼저 물에 녹여서 NaOH 수용액을 만들고 (반응 2), 그 수용액을 염산으로 중화시킨다(반응 3).
(반응 2) NaOH(s) + H2O(l) → NaOH(aq) ΔH5
(반응 3) NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H2O ΔH6
반응 2와 반응 3에서의 반응열을 각각 ΔH5와 ΔH6으로 부르기로 하면, 헤스의 법칙에 따라서
ΔH4 = ΔH5 + ΔH6
의 관계가 성립한다.
3. 실험방법
실험 A. ΔH4의 측정
1) 250 mL 삼각플라스크를 깨끗하게 씻어서 말린 후에 무게를 0.1 g 까지 측정하고, 스타이로폼으로 잘 싸서 단열이 되도록 한다.
2) 0.25 M 염산 용액 200 mL를 넣고 온도를 0.1℃까지 정확하게 측정한다.
3) 약 2 g 의 고체 수산화나트륨을 0.01 g까지 재빨리 달아서 플라스크에 넣고 흔들어 준다.
4) 용액의 온도가 가장 높이 올라갈 때의 온도를 기록하고, 플라스크의 무게를 잰다.
실험 B. ΔH5의 측정
1) 0.25 M 염산 용액 대신 증류수 200 mL 로 실험 A를 반복한다.
실험 C. ΔH6의 측정
1) 250 mL 삼각플라스크를 깨끗하게 씻어서 말린 후에 무게를 0.1 g 까지 측정하고, 스타이로폼으로 잘 싸서 단열이 되도록 한다.
2) 0.5 M 염산 용액 100 mL를 넣고 온도를 0.1℃까지 정확하게 측정한다.
3) 눈금실린더에 0.5 M 수산화나트륨 용액 100 mL를 취해서 온도를 측정하여 염산용액과 온도가 같은가를 확인한다.
4) 수산화나트륨 용액을 염산 용액에 재빨리 넣고, 온도가 가장 높이 올라갔을 때의 온도를 기록한다.
4. 실험 기구 및 시약
삼각플라스크(250 mL) 3개, 비커(500 mL), 눈금실린더(100 mL), 온도계, 스타이로폼 또는 솜,
0.25 M HCl(200 mL), NaOH(고체)(4 g), 0.5 M NaOH(100 mL), 0.5 M HCl(100 mL), 증류수(200 mL)
5. 주의 사항
1) 고체 수산화나트륨이 공기 중에 노출되면 공기 중의 수분을 흡수하여 녹기 때문에 무게를 잴 때 시간을 낭비하지 말아야 하며 저울에 흘렸을 경우 바로 닦아낸다.
2) 고체 수산화나트륨은 손으로 만지지 말아야 한다.
6. 실험결과의 처리
반응에서 방출된 열의 양은 열량계에 의해서 흡수된 열의 양을 합한 것과 같다. 이 실험에서의 열량계는 삼각플라스크와 그 속에 담긴 수용액으로 되어 있다. 따라서 삼각플라스크와 수용액의 질량이 각각 W1과 W2이고, 열량계의 온도 변화가 ΔT라면 열량계가 흡수한 열의 양(J)은 다음과 같이 주어진다.
Q = [4.18W2 + 0.85W1]ΔT
(단, 물과 삼각플라스크 유리의 비열용량은 각각 4.18 J/og과 0.85 J/og인 것으로 가정)
참고문헌: 표준 일반화학실험 (제 5개정판) 대한화학회 편
작성자: 곽경원 [e-mail],
이상해 [e-mail]
실험결과 : 6 - 2. 엔탈피 측정
학부: 학번: 조: 이름:
실험 A. ΔH4의 측정
삼각플라스크의 무게 g
고체 NaOH의 무게 g
중화된 용액과 플라스크의 무게 g
중화된 용액의 무게 g
염산 용액의 온도 ℃
중화된 용액의 최고 온도 ℃
온도 상승값 ℃
용액에 의해 흡수된 열량 J
플라스크에 의해 흡수된 열량 J
반응 1에서 방출된 열량 J
NaOH 1몰당 반응열, ΔH4 kJ/mol
실험 B. ΔH5의 측정
삼각플라스크의 무게 g
고체 NaOH의 무게 g
NaOH 용액과 플라스크의 무게 g
NaOH 용액의 무게 g
물의 온도 ℃
NaOH 용액의 최고 온도 ℃
온도 상승값 ℃
용액에 의해 흡수된 열량 J
플라스크에 의해 흡수된 열량 J
반응 2에서 방출된 열량 J
NaOH 1몰당 용해열, ΔH5 kJ/mol
실험 C. ΔH6의 측정
삼각플라스크의 무게 g
중화된 용액과 플라스크의 무게 g
중화된 용액의 무게 g
NaOH 용액과 염산 용액의 평균 온도 ℃
중화된 용액의 최고 온도 ℃
온도 상승값 ℃
용액에 의해 흡수된 열량 J
플라스크에 의해 흡수된 열량 J
반응 3에서 방출된 열량 J
NaOH 1몰당 중화열, ΔH6 kJ/mol

키워드

이산화탄소 ,   승화열,   엔탈피,   측정,   실험,   화학