그림, 힌트, 자세한 풀이가 있는 무료 열량 측정과 엔탈피 연습 문제. 매번 새로운 값으로, 세 가지 난이도: q = m·c·ΔT로 가열하기, 열량계, 생성 엔탈피.
물 500 g을 25 °C에서 65 °C로 데우는 데 필요한 열 q을(를) 구하시오. 물의 비열은 4.18 J/(g·°C)이다. 답은 kJ로 쓰시오.
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먼저 알아 둘 것: 화학량론
열(q)은 뜨거운 물체에서 차가운 물체로 흐르는 에너지입니다. 단위는 줄(J) 또는 킬로줄(1 kJ = 1000 J)입니다.
온도는 물체가 얼마나 뜨거운지를 알려 줍니다. 열은 온도를 바꾸는 것입니다.
물 1 kg을 10 °C 데우는 데는 철 1 kg을 10 °C 데우는 것보다 더 많은 에너지가 듭니다. 물질마다 고유한 비열 c가 있습니다: 1 g을 1 °C 데우는 데 필요한 열입니다.
물은 c = 4.18 J/(g·°C)입니다. 알루미늄은 0.897 J/(g·°C), 납은 겨우 0.129 J/(g·°C)입니다. 물은 데우기 어렵고 금속은 쉽습니다.
온도 변화에 필요한 열은 다음과 같습니다:
여기서 m은 그램 단위의 질량이고 ΔT = Tfinal − Tinitial입니다. q가 양수이면 열을 흡수하고, 음수이면 열을 내놓습니다.
답: 4.18 kJ. q = 100 · 4.18 · 10 = 4180 J = 4.18 kJ입니다. 418 J은 ΔT를 곱하는 것을 잊은 값이고, 41.8 kJ은 J을 kJ로 바꿀 때 10배를 잘못 넘긴 값입니다.
열량계는 단열된 컵입니다. 열이 밖으로 나가지 않으므로 한쪽이 내놓은 열은 모두 다른 쪽이 흡수합니다.
뜨거운 금속 덩어리를 차가운 물에 떨어뜨리세요. 덩어리는 식고 물은 데워져서 둘이 같은 최종 온도 Tf에 이릅니다.
왼쪽은 금속이 잃은 열, 오른쪽은 물이 얻은 열입니다. 둘 다 양수로 씁니다.
Tf에 대해 풀면 두 처음 온도의 가중 평균이 되며, 각 가중치는 m · c입니다:
물은 m · c가 크기 때문에 Tf는 보통 물의 온도에 가깝게 됩니다.
답: 두 처음 온도 사이. 금속은 식고 물은 데워져서 서로 만나므로 Tf는 둘 사이에 있습니다. 둘의 m · c가 같을 때만 중간이며, 그런 경우는 드뭅니다.
반응도 열을 흡수하거나 내놓습니다. 일정한 압력에서 이 열이 엔탈피 변화 ΔH이며 단위는 kJ입니다.
표준 생성 엔탈피 ΔH°f는 원소로부터 어떤 물질 1 mol을 만들 때의 ΔH입니다. O₂나 C처럼 보통 형태의 원소는 0입니다.
표의 이 값들로 어떤 반응의 ΔH°든 구할 수 있습니다:
각 ΔH°f에 균형 잡힌 반응식에서 그 물질의 계수를 곱하세요. 이것은 헤스의 법칙 덕분에 성립합니다: 총 ΔH는 처음에서 끝까지의 경로에 따르지 않습니다.
답: −890.3 kJ. 생성물: −393.5 + 2 · (−285.8) = −965.1. 반응물을 빼면: −965.1 − (−74.8) = −890.3 kJ입니다. −604.5는 물의 계수 2를 잊은 값이고, +890.3은 빼는 방향을 거꾸로 한 값입니다.
가열:
열량계:
생성 엔탈피:
모든 단계를 따라가 보세요. 다음 단계를 열기 전에 미리 예측해 보세요.
110 °C의 알루미늄(c = 0.897 J/(g·°C)) 100 g 덩어리를 단열된 컵의 20 °C 물(c = 4.18 J/(g·°C)) 200 g에 떨어뜨립니다. 최종 온도 Tf를 구하시오.
알루미늄: 100 · 0.897 = 89.7 J/°C. 물: 200 · 4.18 = 836 J/°C.
물은 1도당 훨씬 많은 열이 필요하므로 Tf는 20 °C에 가까울 것입니다.
알루미늄이 잃은 열 = 물이 얻은 열.
알루미늄이 잃은 열: 89.7 · (110 − 28.7) ≈ 7290 J. 물이 얻은 열: 836 · (28.7 − 20) ≈ 7290 J. 둘이 같습니다.
그리고 28.7 °C는 20 °C와 110 °C 사이에 있고, 예상대로 물의 온도에 가깝습니다.
Tf ≈ 28.7 °C
답: 46.7 °C. ΔT = q / (m · c) = 78 000 / (400 · 4.18) = 46.7 °C입니다. q를 kJ로 두면 0.0467 °C, c를 잊으면 78 000 / 400 = 195 °C, 분수를 뒤집으면 0.0214 °C가 됩니다.
어려운 문제의 예: 에탄올이 ΔH° = −1366.7 kJ/mol로 탑니다. 에탄올 50 g(M = 46.07 g/mol)은 1.085 mol이므로 1.085 · 1366.7 ≈ 1483 kJ을 방출합니다.
물 1000 g을 30 °C에서 75 °C로 데우는 데 필요한 열 q을(를) 구하시오. 물의 비열은 4.18 J/(g·°C)이다. 답은 kJ로 쓰시오.
구하는 값: q (kJ)
열과 엔탈피: 물질을 가열하는 데는 q = m·c·ΔT가 듭니다. 열량계에서는 뜨거운 물체가 잃은 열이 차가운 물체가 얻은 열과 같습니다. 반응의 엔탈피 변화는 생성 엔탈피로 구합니다: ΔH° = ΣΔH°f(생성물) − ΣΔH°f(반응물), 각각 계수를 곱합니다.
온도가 120 °C이고 질량이 50 g인 알루미늄 블록(c = 0.897 J/(g·°C))을 단열 컵에 담긴 15 °C의 물 400 g(c = 4.18 J/(g·°C))에 넣는다. 최종 온도 Tf을(를) 구하시오.
구하는 값: Tf (°C)
열과 엔탈피: 물질을 가열하는 데는 q = m·c·ΔT가 듭니다. 열량계에서는 뜨거운 물체가 잃은 열이 차가운 물체가 얻은 열과 같습니다. 반응의 엔탈피 변화는 생성 엔탈피로 구합니다: ΔH° = ΣΔH°f(생성물) − ΣΔH°f(반응물), 각각 계수를 곱합니다.
표준 생성 엔탈피를 이용해 C6H12O6(M = 180.16 g/mol) 25 g이 완전 연소할 때 방출되는 열 q을(를) 구하시오: C6H12O6 + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O(l). q는 양수로 답하시오.
구하는 값: q (kJ)
열과 엔탈피: 물질을 가열하는 데는 q = m·c·ΔT가 듭니다. 열량계에서는 뜨거운 물체가 잃은 열이 차가운 물체가 얻은 열과 같습니다. 반응의 엔탈피 변화는 생성 엔탈피로 구합니다: ΔH° = ΣΔH°f(생성물) − ΣΔH°f(반응물), 각각 계수를 곱합니다.
물 1 kg을 10 °C 데우는 데는 철 1 kg을 10 °C 데우는 것보다 더 많은 에너지가 듭니다. 물질마다 고유한 비열 c가 있습니다: 1 g을 1 °C 데우는 데 필요한 열입니다.
물은 c = 4.18 J/(g·°C)입니다. 알루미늄은 0.897 J/(g·°C), 납은 겨우 0.129 J/(g·°C)입니다. 물은 데우기 어렵고 금속은 쉽습니다.
열과 엔탈피: 물질을 가열하는 데는 q = m·c·ΔT가 듭니다. 열량계에서는 뜨거운 물체가 잃은 열이 차가운 물체가 얻은 열과 같습니다. 반응의 엔탈피 변화는 생성 엔탈피로 구합니다: ΔH° = ΣΔH°f(생성물) − ΣΔH°f(반응물), 각각 계수를 곱합니다.
문제마다 값이 새로 바뀌므로 답이 아니라 푸는 방법을 익히게 됩니다. 막혔나요? 먼저 작은 힌트를 열고, 필요할 때만 전체 해설을 보세요.