◼실험원리
①반응열
일정한 온도에서 화학적 반응이 일어날 때 흡수되거나 방출되는 열의 양을 반응열이라 한다. 이 반응열은 반응물과 생성물 간에 가지고 있는 열량의 차이에 의해 일어나게 된 다. 반응물의 에너지가 생성물의 에너지보다 크면 열이 방 출되고 반응물의 에너지가 생성물의 에너지가 작으면 열이 흡수된다.
②헤스의 법칙
헤스의 법칙은 화학 반응에서 엔탈피의 변화는 반응물과 생성물 사이의 반응하는 경로와 무관하다는 법칙이다. 즉, 반응물과 생성물의 상태가 같다면, 화학반응이 일어나는 경 로와 상관없이 엔탈피의 변화가 같다.
이 실험에서는 헤스의 법칙을 통해 반응열을 계산할 수 있 다.
③열용량
열용량이란 어떤 물체의 온도를 1K만큼 올리는 데 필요한 열량이다. 열용량은 질량에 비례하므로 어떤 물체의 비열을 알고 있으면, 열용량은 (열용량)=(질량)X(비열)이라는 관계를 통해서 계산할 수 있다. (열량)=(질량)×(비열)×(온도차)의
관계로 주어지는데, 같은물체가 어떤 온도만큼 낮아졌을 때 작아진 열량도 위의 관계로 계산할 수 있다. 온도가 다른 두 물체를 접촉시켜서 열평형 상태가 되었을 때 고온의 물체의 상실된 열량은 저온의 물체가 얻은 열량과 같다. 이와 같은 것을 열량 보존의 법칙이라고 한다.
◼실험 도구,재료
삼각 플라스크, 고무마개, 솜, HCl, NaOH
◼실험 과정
▣ 반응1의 반응열의 측정
◎ 반응1에서의 용액과 플라스크만의 무게: 350.4g
▣ 반응2의 반응열의 측정
반응1의 반응열의 측정에서 0.25M의 염산 용액 대신 물 200ml 를 사용하여 같은 방법으로 실험한다.
◎ 반응2에서의 용액과 플라스크만의 무게: 347.3g
▣ 반응3의 반응열의 측정
5.삼각플라스크에 물 200ml를 넣은 후 0.1°C까지 측정한다.
6.고체 수산화나트륨 0.01g을 물에 넣고 녹인다.
7.용액의 최고 온도를 기록하고 플라스크의 무게를 측정한다. 8솜으로 감싼 플라스크에 0.5M의염 산 용액 100ml를 넣는다. 9눈금 실린더에 0.5M의 수산나트륨 용액 100ml를 준비해 두고 염산 용액과 수산화 나트륨의 용액의 온도가 거의 같아지면 온도를 기록한다.
10.수산화나트륨 용액을 염산 용액에 넣고 온도의 최고 상승값을 측정한다.
(※ 반응3 실험은 다른 조가 실험했으므로 실험 사진이 없음)
◎ 반응3에서의 용액과 플라스크만의 무게: 326.72g
◼결과
▣ 반응1의 반응열
삼각 플라스크의 무게 : : 140.8g 고체 NaOH의 무게 : 2.014g
중화된 용액과 플라스크의 무게 : 350.4g 중화된 용액의 무게 : 209.6g
염산용액의 온도(Ti) : 24°C
중화된 용액의 최고 온도(Tf) : 28.2°C
온도 상승( △T = Tf - Ti) : 4.2°C
용액에 의해 흡수된 열량 : 3679.7J
플라스크에 의해 흡수된 열량 : 502.7J 반응1에서 방출된 열량 : 4182.4J
NaOH 1몰당 반응열 (△H1) : 83.65 kJ/ mol (4182.4 X 20)
▣ 반응2의 반응열
삼각 플라스크의 무게 : : 140.8g
고체 NaOH의 무게 : 2.06g
NaOH 용액과 플라스크의 무게 : 347.3g NaOH 용액의 무게 : 206.5g
물의 온도(Ti) : 23°C
중화된 용액의 최고 온도(Tf) : 25°C
▣ 반응3의 반응열
삼각 플라스크의 무게 : 122.05g
중화된 용액과 플라스크의 무게 : 326.72g
중화된 용액의 무게 : 204.67g
HCl 용액과 NaOH 용액의 평균 온도(Ti) : 24.75°C
중화된 용액의 최고 온도(Tf) : 26.1°C
온도 승상( △T = Tf - Ti) : 1.35°C
용액에 의해 흡수된 열량 : 1295.0J
◼고찰
NaOH 용액의 최고 온도(Tf) : 28.2°C
온도 상승( △T = Tf - Ti) : 2°C
용액에 의해 흡수된 열량 : 1726.3J (206.5 X 2 X 4.18) 플라스크에 의해 흡수된 열량 : 239.4J (140.8 X 2 X 0.85) 반응2에서 방출된 열량 :1965.7J
NaOH 1몰당 용해열, (△H2) : 39.314kJ/ mol (1965.7 X 20)
◼참고문헌
공학일반화학실험, 줌달의 일반화학, 옥스토비 일반화학, 화학 대사전, 두산 백과사전
