염화칼슘(CaCl2)의 용해열 측정

염화칼슘(CaCl2)의 용해열 측정

 

 

증류수 100 mL를 열량계에 넣고 온도를 측정한다.

열량계에 염화칼슘 10 g을 넣고 흔든 후 용액의 최고온도를 측정한다.

처음온도가 20℃, 최고온도가 35℃일 때,

1. 열량계에 들어있는 물이 얻은 열량은 몇 J인가?

2. 염화칼슘이 용해될 때(녹을 때) 발생한 열이 모두 물에 흡수되었다고 가정하고 염화칼슘의 단위 그램당 용해열(J/g)과 단위 몰당 용해열(J/mol)을 구하여라.

(단, 물의 비열 = 4.2 J/g℃, 물의 밀도 = 1.0 g/mL, 염화칼슘 분자량 = 111 g/mol)

 

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염화칼슘이 용해될 때 발생한 열이 모두 물에 흡수되었다고 가정하면,

Q = C m Δt

= (4.2 J/g℃) (110 g) (15 ℃) = 6930 J

이때 질량은 [물 + 염화칼슘]의 질량입니다.

 

염화칼슘의 단위 그램당 용해열(J/g)

= 6930 J / 10 g = 693 J/g

 

 

염화칼슘 10 g의 몰수

= 10 g / (111 g/mol) = 0.0901 mol

 

염화칼슘의 단위 몰당 용해열(J/mol)

= 6930 J / 0.0901 mol = 76914.5 J/mol

 

 

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In the following experiment, a coffee-cup calorimeter containing 100. mL of H2O is used. The initial temperature of the calorimeter is 23.0℃. If 8.60 g of CaCl2 is added to the calorimeter, what will be the final temperature of the solution in the calorimeter? The heat of solution, ΔH, of CaCl2 is –82.8 kJ/mol.

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CaCl2(몰질량 110.98 g/mol) 8.60 g의 몰수를 구하면,

= 8.60 g / (110.98 g/mol) = 0.0775 mol CaCl2

 

몰당 용해열이 82800 J/mol이므로, 0.0775 mol의 용해열은

0.0775 mol × (82800 J/mol) = 6417 J

 

따라서 최종온도는

Q = C m Δt

6417 = (4.2) (108.60) (t – 23.0)

t – 23.0 = 14.1

t = 37.1℃

 

 

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학교 수행평가에서, 질량은 염화칼슘까지 포함하면 답이 틀리다고 합니다. 즉, 110 g이 아니라 100 g이라 하는데, 110 g이라고 생각하시는 이유가 있다면 알려주실 수 있을까요?

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이유는 간단합니다.

문제에도 “용액의 최고온도를 측정한다.”라고 나오듯이,
온도변화는 물의 온도변화가 아니라 용액의 온도변화입니다.
이 때문에 물의 질량이 아니라, 용액의 질량을 사용한 것입니다.

“염화칼슘이 용해될 때 발생한 열이 모두 물에 흡수되었다고 가정하면”라고
설명했지만, 정확히 표현하면, 물이 아니라 용액입니다.

온도계가 꽂혀있는 곳은 물속이 아니라 용액속입니다.
어떻게 온도계가 물만 분리해서 물의 온도변화를 측정할 수 있겠습니까?
또한 위 문제 지문에는 생략되어 있지만, 다른 문제를 보면,
용액의 비열과 밀도는 물과 같다고 가정하고 계산하라고 나옵니다.

따라서 열량 계산에 사용된(사용해야 할) data는 모두 용액의 data입니다.
이런 내용은 전공서적이 아니라 교양서적인 대학일반화학교재에 다 나오는 내용입니다.

 

---> 진실은 이렇지만, 즉, 진실은 따로 알아두고,
( 우리나라 고등학교 과학 교육과정에는 엉터리가 너무 많으므로, )
반드시 학교 화학 선생님에게 질문해서,
무조건 선생님이 설명해주는 데로 문제를 풀어야합니다.
일단은 대학에 들어가야 하기 때문입니다.
제대로 된 학문은 대학에서...

 

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“염화칼슘이 녹을 때 발생한 열이 모두 물에 흡수되었다고 가정하고”
이 지문은 ①열량계가 흡수한 열은 없고(사실은 약간 있지만),
그리고 ②열량계 외부로 손실된 열은 없다는 것을(사실은 약간 있지만)
가정한다는 설명입니다.

 

 

[ 관련 예제 http://ywpop.tistory.com/7268 ] 수산화나트륨의 용해열.

 

 

[키워드] 용액의 질량 물의 질량 용액의 질량 기준문서, 열량 계산할 때 용액의 질량을 사용할 것인가? 물의 질량을 사용할 것인가?