엔탈피 변화 실험 예비리포트

1. 실험 주제

1) 제목

엔탈피 변화 측정

2) 목적

세 가지 관련 산-염기 반응에 대한 엔탈피 변화를 측정하여 비교함으로써 헤스의 법칙을 실험적으로 확인합니다.

2. 이론

1) 원리

등온에서 일어나는 화학 반응의 반응열은 화학 에너지의 변화 및 부피, 표면 또는 상(phase) 변화에 기인한 것입니다. 또한 반응물과 생성물은 여러 가지 물리적 상태에 있으므로 물질의 한 상태가 다른 상태로 전이할 때 방출하거나 흡수하는 열에 관한 실험값을 알 필요가 있습니다. 이러한 실험값은 물질의 화학적 성질을 이해하는 데 도움이 됩니다.

이 실험에서는 고체 $ NaOH $가 물에 용해될 때의 용해열, $ NaOH $ 용액과 $ HCl $ 용액과의 산-염기 반응으로부터 얻어지는 중화열을 측정하고 $ 1 mol $ 물질에 대한 반응열 측정 방법을 이해, 그리고 이 결과로부터 고체 $ NaOH $와 $ HCl $ 용액과의 중화열에 의한 귀납적 방법에 의해 $ Hess $의 법칙을 도입하고자 합니다.

① 엔탈피(Enthalpy)

엔탈피는 계의 내부 에너지와 계가 주위와 주고 받은 일에 해당하는 에너지(즉 부피와 압력의 곱)의 합으로 정의되는 상태 함수이다. 열역학, 통계역학, 그리고 화학에서 매우 중요하게 다루는 물리량으로 엔트로피와는 다른 개념의 열역학 함수이다. 엔탈피는 다음 식으로 주어진다.
$$ H=E+PV $$
여기에서 $ H $는 계의 엔탈피, $ E $는 계의 내부 에너지, $ P $는 기체의 압력 및 $ V $는 계의 부피를 나타낸다.

엔탈피는 계의 내부 에너지와 계가 주위와 주고 받은 일에 해당하는 에너지(즉 부피와 압력의 곱)의 합으로 정의되는 상태 함수이다. 열역학, 통계역학, 그리고 화학에서 매우 중요하게 다루는 물리량으로 엔트로피와는 다른 개념의 열역학 함수이다. 엔탈피는 다음 식으로 주어진다.

② 상태함수(State Function)

계(system)의 현재 상태의 온도나 압력과 같은 변수에 의해 결정되고 계의 지난 과정과는 관계 없는 계의 성질을 의미한다. 즉 과정에는 무관하며 오직 처음과 최종 상태에 따라서만 결정되는 함수로서 상태 함수의 변화는 처음 상태와 최종 상태에만 의존한다.

③ Hess의 법칙(Hess's law)

총열량 불변의 법칙이라고도 하며 열상태량은 상태 함수이기 때문에 출발 물질과 최종물질이 같은 경우에는 어떤 경로를 통해 만들더라도 그 경로에 관여한 열함량 변화합은 같다는 법칙이다.

$$ NaOH(s) + HCl(aq) \to NaCl(aq) + H_{2}O(l) \cdots \Delta H_{1} $$

$$ NaOH(s) + HCl(l) \to NaOH(aq) \cdots \Delta H_{2} $$

$$ NaOH(aq) + HCl(aq) \to NaCl(aq) + H_{2}O(l) \cdots \Delta H_{3} $$

상태 함수의 확인법

$$ \Delta H_{1}=\Delta H_{2}+\Delta H_{3} $$

④ 열량

$ q $ : 출입한 열의 양($ J $)

$ s $ : 비열, 물질 1$ g $의 온도를 1℃ 변화시키는데 필요한 열의 양($ J \cdot g^{-1} \cdot ℃^{-1} $)

$ m $ : 비열이 $ s $인 물질의 질량($ g $)

$ \Delta T $ : 온도 변화(℃)