중화열의 측정[예비보고서]

 

제목

중화열의 측정

 

 

실험 날짜

2016년 1월 11일 월요일 9시 30분

 

 

실험 목적

산과 염기의 중화반응을 이용하여 엔탈피가 상태함수임을 확인한다. 엔탈피는 상태함수이기 때문에 상태변화에 따른 엔탈피 변화량, 즉 변화의 경로에 상관없이 언제나 일정하다는 것을 확인한다.

 

 

실험 도구 및 시약

 

시약 명	화학식	몰 질량(g/mol)	녹는점(℃)	끓는 점(℃)	밀도(g/ml)
수산화나트륨 (Sodium hydroxide)	NaOH	39.997	318	1388	2.13
염산 (Hydrochloric acid)	HCl	36.45	-114	-85	1.268

기구: 노트북, 온도 탐침, 보온병, 250ml 비커, 메스실린더(100ml), 마그네틱 바, 스티로폼, 가열교반기, 항온조

 

 

실험 이론

- 엔탈피: 특정 물질의 열함량 부호 H로 표시되는 열역학 특정 함수의 일종으로 어떤 물질이 일정한 압력하에서 생성되는 동안, 그 물질 속에 축적된 열함량을 그 물질의 열함량 또는 엔탈피라고 하며, 깁스의 명명에 따라 열함수라고 한다.

 

- 열량: 말 그대로 열의 양으로서 온도가 서로 다른 두 물체에서 이동하는 열의 양

 

- 열용량: 어떤 물질의 온도를 1℃ 올리는데 필요한 열량이다. 열용량은 비열 X 질량으로 구할 수 있고 그렇게 된다면 열량은 열용량 X 온도변화이다. 열량이 같다면 열용량과 온도변화의 관계는 반비례 관계이다.

 

- 비열: 어떠한 물질 1kg의 온도를 올리는데 필요한 열량이다.(kcal/kg·℃)

$비열\left(C\right)=\frac{열량\left(Q\right)}{질량\left(m\right)\times 온도\ 변화\left(\triangle T\right)}$비열(C)=열량(Q)질량(m)×온도 변화(△T)​​

 

-상태함수: 계의 상태가 주어지면 일정한 값을 가지는 함수. 상태함수는 처음과 나중 상태에만 관계가 있고, 어떻게 나중 상태에 도달했는가에는 전혀 영향을 받지 않는다. 예를 들면 온도, 압력, 부피, 내부에너지, 엔탈피 등이 있다.

 

- 경로함수: 처음 상태와 나중 상태 뿐만아니라 어떻게 도달했는지에 따라 총량이 바뀌게 된다. 예를 들면 일, 열 등이 있다.

 

- 헤스의 법칙: 화학 반응에서 반응열은 그 반응의 시작과 끝 상태만으로 결정되며 도중의 경로에는 관계하지 않는다는 법칙

 

- 반응열: '반응렬(Q)=질량 X 비열 X 온도 변화=열용량 X 온도 변화'로 나타내며 화학 반응에 수반하여 방출 또는 흡수되는 열량으로 반응물과 생성물의 에너지 차이를 말한다.

 

- 반응열의 종류

① 연소열: 어떤 물질 1몰(mol)이 완전 연소할 때 발생하는 열량

ex) C + O2 → CO2, △H = -393.5kJ

② 생성열: 어떤 화합물 1몰(mol)이 성분 홑원소 물질로부터 생성될 때의 반응열이다. 25℃, 1기압일 때의 생성열을 표준 생성열이라고 한다.

③ 분해열: 어떤 화합물 1몰(mol)이 성분 홑원소 물질로 분해될 때의 반응열이다. 분해 반응은 생성될 때의 역반응이므로, 분해열은 생성열과 같지만 부호는 반대이다.

④ 용해열: 어떤 물질 1몰(mol)이 다량의 물에 용해될 때 출입하는 열량

⑤ 중화열: 산의 H+ 1몰(mol)과 염기의 OH- 1몰(mol)이 중화될 때 생성되는 에너지, 즉 산과 염기가 반응하여 H2O(liquid) 1몰(mol)이 생성될 때 반응하는 열

 

- 반응열의 계산

반응열(Q) = 질량 X 비열 X 온도 변화 = 열용량 X 온도 변화

 

- 반응식(실험A-C)

① 실험A: HCl(g) + NaOH(aq) → H2O(l) + NaCl(s), NaOH(s) + H2O(l) → NaOH(aq)

② 실험B: NaOH(s) + H2O(l) → NaOH(aq)

③ 실험C: HCl(g) + NaOH(aq) → H2O(l) + NaCl(s)

 

 

실험 순서

실험A. △H1(용해열+중화열)

1)깨끗한 보온병에 마그네틱 바를 넣는다.

2) 보온병에 0.5M HCl 용액 100ml에 증류수 100ml를 넣고, 초기 온도를 측정한다.

3) 2g의 NaOH(s)를 정확히 측정하여 넣어준 뒤 온도가 가장 높이 올라갈 때까지 측정하고 기록한다.

 

실험B. △H2(용해열)

1) 깨끗한 보온병에 마그네틱 바를 넣는다.

2) 증류수 200ml를 넣고 초기 온도를 측정한다.

3) 2g의 NaOH(s)를 정확히 측정하여 보온병에 넣고 stirring 한다.

4) 용액의 온도가 가장 높이 올라갈 때까지 측정하고 기록한다.

 

실험B. △H2(용해열)

1) 깨끗한 보온병에 마그네틱 바를 넣는다.

2) 0.5M HCl 용액 100ml를 넣고, 초기 온도를 측정한다.

3) 250ml 비커에 NaOH(s) 2g을 넣고, 증류수 100ml에 녹인 후 온도를 측정한다.

4) NaOH 용액을 비커에 넣고 stirring 한다.

5) 용액의 온도가 가장 높이 올라갈 때 까지 측정하고 기록한다.

 

 

참고문헌

<표준 일반화학실험 7판>, 대한화학회 저

위키피디아

네이버 지식백과

 

 

보고서 점수: A

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일반화학 1 및 실험 과목을 수강하며 직접 작성한 실험 보고서