일반화학실험 | 열계량

 

 

 

TIP

 

 

1. 화학반응이 진행되는 동안 일반적으로 열의 흡수 또는 방출이 수반된다. 그 열을 반응엔탈피라하며, 일정 반응조건에서 어떤 반응에 수반된 반응열을 항상 일정하다. 이와 같은 화학반응에 관련된 열의 흐름은 열량계라는 실험장비를 사용하여 측정할 수 있다. 본 실험에서는 간단한 열량계를 사용하여 산=염기반응의 중화열을 측정한다.
2. 열역학 법칙에 대해 알아보자.
3. 열량계의 조건을 알아보자.
4. 두 물체가 열평형에 도달했을 때, 각각의 물체의 열의 증감을 열평형 식을 이용해 구하고 열량계의 열용량도 구해보자.

 

 

 

 

열역학 법칙

0법칙 : A, B, C의 세 물체 사이에서 A와 B가 열적평형에 있고 B와 C가 열적 평형에 있으면 A와 C는 열적으로 평행하다.(열-에너지 평형의 법칙)

 

1법칙 : 발열량은 내부에너지 증가량과 계가 일한 에너지의 합과 같다.(에너지 보존법칙)

 

Q = ΔU + ΔW

 

2법칙 : 자연의 상태는 무질서도가 증가하는 방향으로 흐른다.(엔트로피 증가의 법칙)

 

3법칙 : 온도를 낮추어도 절대 0도에 도달할 수 없다.(절대 0도 도달 불가의 법칙)

 

 

반응열

화학반응이 진행되는 동안 일반적으로 열의 흡수 또는 방출이 일어난다. 열은 다른 온도에 있는 두 물체 사이의 열 에너지의 전달이고, 흔히 더운 물체에서 찬 물체로 ‘열의 흐름’을 말한다. ‘열’ 그 자체는 에너지 전달을 의미하지만, 과정에서 나타나는 에너지 변화를 기술할 대는 흡수된 열 또는 방출된 열이라고 말한다. 시료 물질내의 원자와 분자들의 운동이 격렬할수록 시료는 더 뜨거워지고, 열 에너지는 더욱 커진다.

 

 

열량계

실험실에서 물리적·화학적 과정에서의 열 변화는 열량계라는 실험 장비를 사용하여 측정할 수 있다. 열량계는 용도와 목적에 따라서 여러 가지의 열량계가 있으나 근본적으로 열량계는 다음과 같이 구성된다.

1. 열의 흡수나 방출에 민감한물질

 

2. 열의 출입을 기록할 수 있는 장치

 

3. 계를 주위로부터 차단할 수 있는 단열장치

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실험 방법

1. 실험 방법

1) 열량계의 열용량 구하기

아무리 단열이 잘 된 열량계라 할지라도 소량의 열을 흡수하거나, 또 열이 뚜껑의 틈새로 빠져나가게 되는데 그 양은 열량계의 크기 및 상태에 따라 다르므로 열량계의 열용량(또는 열량계 상수, C_열량계)을 따로 측정해야 한다. 열량계로는 단열이 잘 되는 작은 보온병을 사용한다. 용기에 100㎖의 증류수를 넣고 온도계를 끼운 마개을 덮은 다음 일정한 온도(T_증류수)에 도달했다고 생각하면 그 값을 기록한다.

 

비커에 얼음을 적당히 넣고 물을 넣어 얼음물을 만든다. 냉각된 얼음물 20㎖를 눈금실린더에 붓고 온도(T_얼음)를 잰다. 이때 얼음물의 온도는 3℃ 이하가 되도록 눈금실린더를 얼음물로 씻어낸다. 이렇게 준비된 20㎖를 재빨리 증류수가 들어 있는 열량계에 쏟아 붓고 마개로 덮은 뒤, 전체 용액의 온도 변화를 관찰하여 최저 온도(T_최종1)를 약 30～60초쯤 후에 측정하여 기록한다. 1g 의 물의 온도를 1℃ 변화시키는데 4.18J(1kcal)의 열량이 필요하므로, 우리가 사용한 간단한 열량계의 열용량을 다음 식에 의하여 구할 수 있다.

 

4.18 × 20 × (T_최종-T_얼음) = C_열량계(T_증류수- T_최종)

 

2. 중화반응열

1) 용기를 깨끗이 비운 뒤에 0.4M HCl 100㎖를 넣고 온도(T_HCl)를 측정한다.

 

2) 2.0M NaOH 용액을 준비하고 용액의 온도(T_NaOH)가 소수점 아래 한 자리까지 동일하게 되도록 잠시 동안 방치한다.

 

3) 2.0M NaOH 용액 20㎖를 열량계 용기에 재빨리 섞고 뚜껑을 덮은 뒤 도달하는 최고온도를 측정한다(T_최종2).

 

 

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