일반화학실험 | 무수황산구리의 수화엔탈피 측정

 

 

 

TIP

 

 

무수 황산 구리의 용해 엔탈피를 측정하고, 황산 구리 결정의 용해 엔탈피를 측정하여 헤스 법칙으로 구하고자 한다.

 

 

 

상태함수 엔탈피와 반응 엔탈피

엔탈피는 일정한 압력 조건에서 물질이 열을 내놓을 수 있는 에너지로 물질이 만들어진 과정에 의존하는 것이 아니라 현재 물질이 존재하는 온도나 압력 같은 조건에 의해 결정되는 상태함수이다.

 

H = U + PV

 

위와 같이 나타내는 엔탈피의 정의에서 내부 에너지, 압력, 부피가 모두 상태함수이므로 H도 상태함수이다. 열은 상태 함수가 아니지만, 일정한 압력에서 계에 출입하는 열은 상태함수이다. 상태함수의 가장 큰 특징은 변화량을 △(델타)라는 기호로 나타내고 나중 상태의 값에서 처음 상태의 값을 빼서 구할 수 있다는 것이다. 따라서 다음과 같이 나타내는 반응 엔탈피는 생성물이 가진 엔탈피와 반응물이 가진 엔탈피의 차이를 의미한다.

 

△H = H_f - H_i

 

그러므로 반응물의 상태와 생성물의 상태가 같으면 중간에 몇 단계의 반응을 거쳐서 반응이 완성되거나, 직접 반응을 하여 한 단계로 완성되거나 반응 엔탈피는 같은 값을 가진다. 이러한 성질은 열화학의 창시자로 알려진 스위스 화학자 헤스가 여러 가지 실험 결과로부터 밝혀낸 것으로, 그는 다음과 같은 사실을 발표하였다.

 

“반응물이 생성물로 변화될 때, 그 반응에 대한 전체 엔탈피 변화는 그 반응이 실제로 일어나는 여러 단계의 엔탈피 변화의 총합과 같다”

 

이것을 총열량 불변의 법칙 또는 헤스 법칙이라고 한다. 이러한 엔탈피의 상태 함수적 성질에 의해 열화학반응식의 반응 엔탈피(△H)는 수학적 연산이 가능하다. 반응이 역으로 진행되면 △H의 부호가 반대로 된다. △H의 크기는 물질의 양에 비례한다. 따라서 반응계수가 정수배가 되면 △H의 값도 정수배가 된다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 무수 황산 구리의 용해 엔탈피 측정

① 무수 황산 구리 분말 약 8g을 소숫점 둘째자리까지 정확히 질량을 측정한다.

 

약포지의 사용법과 무수황산구리의 질량을 측정하는 과정

 

② 증류수 100.0㎖를 눈금실린더로 재서 250㎖ 비커에 넣고 마그네틱바를 넣어 자석교반기 위에 놓은 후 스탠드와 클램프로 온도 센서가 비커 물 속 중간에 오도록 고정시킨다.

 

③ MBL 장치를 설치한 후 파일명을 ‘과정1. 무수 황산 구리의 용해 엔탈피 측정’으로 저장한후, 교반기를 작동시킨다. 엑셀의 ‘과학 실험’메뉴에서 ‘실험 설정’에서 ‘입력 간격’은 1초, ‘실험 시간’은 900초로 설정한 후, ‘실험 시작’을 눌러 온도를 측정한다.

 

④ 초기 온도가 안정되면 질량을 측정한 무수 황산 구리 분말을 비커에 넣고 자석 막대로 저어 녹이며 온도 변화를 관찰한다. 이 때 결정이 비커 가장자리로 밀려오면 온도 센서로 가운데로 밀어준다.

 

⑤ 고체가 사라지는 것을 눈으로 확인하고 온도가 서서히 변하기 시작하면 ‘실험 중지’를 누른다.

 

2) 황산 구리 결정의 용해 엔탈피 측정

① 황산 구리 결정 약 12g을 소수점 둘째자리까지 정확히 질량을 측정한다.

 

② 증류수 100.0㎖를 눈금실린더로 재서 250㎖ 비커에 넣고 마그네틱바를 넣어 자석교반기 위에 놓은 후 스탠드와 클램프로 온도 센서가 비커 물 속 중간에 오도록 고정시킨다.

 

③ MBL 장치를 세팅한 후 파일명을 ‘과정2. 황산 구리 결정의 용해 엔탈피 측정’으로 저장하고, 교반기를 작동시킨다. 엑셀의 ‘과학실험’메뉴에서 ‘실험 설정’에서 ‘입력 간격’은 5초, ‘실험 시간’은 3000초로 설정한 후, ‘실험 시작’을 눌러 온도를 측정한다.

 

④ 초기 온도가 안정되면 질량을 측정한 황산 구리 결정을 비커에 넣고 자석 막대로 저어 녹이며 온도 변화를 관찰한다.

 

⑤ 고체가 사라지는 것을 눈으로 확인하고 온도가 서서히 변하기 시작하면 ‘실험 중지’를 누른다.

 

 

 

[일반화학실험]무수황산구리의 수화엔탈피 측정 레포트