반응열

1. 화학 반응과 에너지 변화
1. 반응열  [1] 엔탈피(Enthalpy) = H  (1) 물질 속에 축적된 열에너지 (물질마다 고유한 양)       H2O(s) + 6.05kJ  → H2O(l)       H2O(l) + 44.1kJ →  H2O(g)       H2(g) + 1/2O2(g)→  H2O(g) + 241.8kJ/mol       H2(g) + 1/2O2(g) → H2O(l) + 285.5kJ/mol       ∴ H2O(g)와 H2O(l), H2O(s)는 같은 물질이라도 상태에 따라 축적된 엔탈피는 서로 다름.
(2) 엔탈피의 변화량 △H       △H = 생성물의 엔탈피(H2) - 반응물의 엔탈피(H1)                ※ 반응열(Q)와 △H의 관계           * 절대값 같고, 부호반대 *       Q = 반응물의 엔탈피,(H1) - 생성물의 엔탈피(H2)
	(3) 발열반응과 흡열반응   ① 발열반응 ; 화학 반응 시 열에너지를       방출함       * Q = (+) kJ / mol (H1 - H2)         △H = (-) kJ / mol (H2 - H1)   * 반응의 엔탈피가 생성물의 엔탈피      보다 높다.   ( H1 > H2 )    *엔탈피 高 ☞ 엔탈피 低 로 반응 진행
반응열 Q로 표시 : 1/2 H2 + 1/2 Cl2 → HCl + 92.4kJ      엔탈피 변화량 △H : 1/2 H2 + 1/2 Cl2 → HCl,  △H=- 92,4kJ
② 흡열 반응 ; 반응시 열 에너지 흡수      ※ Q = (-) kJ / mol (H1 - H2)         △H = (+) kJ /mol (H2 - H1)    * 생성물의 엔탈피가 반응물의 엔탈피     보다 높다.    (H1 < H2)   * 엔탈피 低 ☞ 엔탈피 高     ( 두 물질의 엔탈피 차 만큼 흡수)   * C(s) + H2O  → CO + H2 - 131.9 kJ     C(s) + H2O  → CO + H2, △H= 131.9 kJ
[2] 열 화학 반응식  (1) 물질의 변화, 물질의 상태, 에너지의 출입을 함께 표시 한식.     * 기체(gas), 액체(liquid), 고체(solid)   (2) 열 화학 반응식 ☞ 에너지에 대한 등식    * 반응열(Q)로 표시 ;       HgO(s) → Hg(l) + 1/2 O2(g) + 90.8kJ    * 엔탈피(△H)로 표시 ;      HgO(s) → Hg(l) + 1/2 O2(g), △H = - 90.8kJ   [3] 반응열의 종류    * 화학반응에 수반되는 열 에너지.    * 목적물 1mol을 기준하여 출입한 에너지 ☞ Q 및 △H로 표시    (1) 생성열 ; 단체로부터 화합물 1mol이 생성 시 방출 혹은 흡수하는 열량     (예) 2H2 + O2 → 2H2O(l) + 574kJ/mol      ∴ H2O(l)의 생성열 = 574 kJ/ 2 = 287kJ/mol     (예) 2H2 + O2 → 2H2O(g) + 486kJ            2H2 + O2 → 2H2O(g), △H = - 486kJ         ∴ H2O의 생성열 = 243kJ / mol    (2) 분해열 ; 화합물 1mol이 성분의 단체로 분해 시 반응열    (예) 2H2O(l)  → 2H2(g) + O2(g), △H = 486kJ       ∴ H2O의 분해열 = -243kJ / mol   (3) 연소열 ; 물질 1mol을 완전 연소시 방출하는 열량.     * 거의 발열 반응( Q =(+), △H = (-))     * Kcal/mol로 표시     (예) C(s) + O2(g) → CO2(g) △H = -395kJ ∴ C의 연소열 = 396kJ/mol    (4) 융해열 ; 물질 1mol이 다량의 용매에 용해될때 방출 혹은 흡수하는 열량.     (예) H2SO4 + (aq) ?? H2SO4(aq) + 79.8     ∴ H2SO4의 융해열 = 79.8 kJ/mol   (5) 중화열 ; 산,염기가 중화하여 물 1mol이 생성될때 방출하는 열량.    (예) HCl + NaOH → NaCl + H2O, △H= -60.0kJ   ∴ 중화열 = 60.0kJ /mol
☆ 결합에너지와 반응열    (1) 화학 결합에너지   * 원자간의 결합을 끊는데 필요한 에너지      (예) H2(H-H) ――→ 2H(H＋H) -104Kcal/mol     ∴H2의 결합에너지 = 104Kcal       Cl2(Cl-Cl) ――→ 2Cl(Cl-Cl) - 58Kcal/mol      ∴ Cl2의 결합 에너지 = 58Kcal    (2) 반응열과 결합에너지      ① 반응열(Q) = 생성물의 결합에너지 - 반응물의 결합에너지      ② △H = 반응물의 결합에너지 - 생성물의 결합에너지     (예) H2, Cl2, HCl의 결합에너지를 이용하여 HCl의 생성 반응의 반응열을 구하라.         H2→ 2H -104Kcal ---①         Cl2 → 2Cl -58Kcal ---②         HCl → H + Cl -103Kcal ---③        ③식 ×2 - ① + ②                  = 103 ×2 - (104 + 58) = 44 Kcal         ∴ H + Cl → 2HCl + 44Kcal  [4] 총 열량 불변의 법칙(Hess의 법칙)    (1) 총 열량 불변의 법칙       * 화학 반응 시 수반되는 에너지의 변화량은 반응전후의 물질의 종류 및 상태만                                           같으면 도중의 경로에 관계없이 항상 일정함.     (2) Hess의 법칙 응용   * 실험적으로 직접 측정키 어려운 반응열을 Hess의 법칙을 이용하여 간접적으로 측정    (문) 다음 반응식을 이용하여 MnO2의 생성열을 구하여라.       (1) 2MnO2(s) → 2MnO(s) + O2(g) -273kJ ---①       (2) MnO2(s) + Mn → 2MnO(s) +250kJ -------②      해) MnO2의 생성반응 ☞ Mn + O2 → MnO2       ①, ②식을 더하거나 빼서 같은 물질을 없앤다. ☞ ②-①식            Mn - MnO2 → -O2 +523kJ         이항하면 : Mn +O2 → MnO2 +523kJ [5] 열 흐름의 측정(열량계 법)    ① 봄(Bomb) 열량계를 이용    ② 시료의 반응으로 생긴 열이 열량계와 물의 온도를 변화.    ③ 반응열(Q) = Q(H2O) + Q(봄)       * 물이 얻은 열량 Q(H2O) = cmt       * 열량계가 얻은 열량 = 열량계의 열용량 × 온도변화량