헤스 법칙, Hess’s law ★

헤스 법칙, Hess’s law

 

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▶ 참고: 제5장 열화학. 목차

[ https://ywpop.tistory.com/15205 ]

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▶ 헤스의 법칙: 총열량 불변의 법칙. 총열량보존법칙

> 화학 반응에서 엔탈피(= 일정 압력에서의 반응열) 변화는

처음 상태와 나중 상태 사이의 경로와 무관하다.

> 즉, 화학 반응에서 처음 상태와 나중 상태가 같으면,

반응 경로에 관계없이 엔탈피의 총합은 항상 일정하다(같다).

( 관련 글: 상태함수와 경로함수 https://ywpop.tistory.com/9300 )

 

 

 

 

다음 열화학 반응식을 이용하여, 2A → 3D 반응의 엔탈피 변화를 구하시오.

 

(1) A → B ... ΔH = +20 kJ

(2) 3C → 2B ... ΔH = –40 kJ

(3) D → C ... ΔH = –10 kJ

 

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원리만 이해하면

이런 문제만큼 쉬운 것도 없습니다.

즉, 이런 문제는 초등학생도 할 수 있는 끼워 맞추기식 문제입니다.

 

 

 

엔탈피를 구하고자 하는 반응식(Q), 2A → 3D에 나와 있는

반응물/생성물의 계수와 위치에 맞도록

주어진 반응식의

반응물/생성물의 계수와 위치를 변경시키면 됩니다.

단, 이때 엔탈피도 함께 변경시킵니다.

즉, 반응식에 계수를 곱할 땐(나눌 땐), 엔탈피도 곱하고(나누고),

반응식의 좌/우 위치를 바꾸면, 엔탈피의 부호도 바꿉니다.

 

 

 

(1)식의 A는 Q의 2A로 맞추기 위해,

위치는 그대로 두고, 전체 식에 곱하기2 합니다.

(1a) 2A → 2B ... ΔH = +40 kJ

 

 

 

(2)식은 잠시 보류하고,

(3)식의 D는 Q의 3D로 맞추기 위해,

역반응으로 바꾸고, 전체 식에 곱하기3 합니다.

(3a) 3C → 3D ... ΔH = +30 kJ

 

 

 

이제 (2)식을 보면,

(2)식 + (1a)식 + (3a)식 했을 때,

Q에 나와 있지 않은 물질이 소거되도록

계수와 위치를 변경시키면 됩니다.

따라서 계수는 그대로 두고, 역반응으로 바꾸면 됩니다.

(2a) 2B → 3C ... ΔH = +40 kJ

 

 

 

이제 (1a)식, (2a)식, (3a)식을 모두 더하면,

2B, 3C는 소거되고, Q와 같게 됩니다.

 

(1a) 2A → 2B ... ΔH = +40 kJ

(2a) 2B → 3C ... ΔH = +40 kJ

(3a) 3C → 3D ... ΔH = +30 kJ

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(합) 2A → 3D ... ΔH = +110 kJ

 

 

 

답: +110 kJ

 

 

300x250

 

 

[팁] 원소와 화합물 중, 화합물을 보고 맞춘다.

가령, ΔH°를 계산해야 하는 반응식(타깃)이

CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) 이고,

주어진 열화학 반응식들 중 하나가

CH2O(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g) ... ΔH° = –526.7 kJ

이라면, 원소인 O2(g)와 화합물인 CO2(g)가

두 반응식에 모두 존재하는데,

이럴 때는 화합물인 CO2(g)를 보고 맞추면 된다는 것이다.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/470650 )

 

 

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2A → 3D 반응에서,

처음 상태 = 2A

나중 상태 = 3D

 

 

엔탈피는 상태함수이므로,

중간에 어떤 단계(변화)를 수없이 거쳤던, 안 거쳤던, 상관없이,

처음 상태와 나중 상태만 같다면,

ΔH는 동일합니다.

 

 

즉,

2A가 2B가 되고, 다시 2B가 3C가 되고, 마지막으로 3C가 3D가 되는 과정의 ΔH와

2A가 바로 3D가 되는 과정의 ΔH는 같다는 것입니다.

 

 

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/6433 ] C(s) + H2O(g) → CO(g) + H2(g) ΔH 계산

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/2911 ] 2Ag(s) + 1/2 O2(g) → Ag2O(s) ΔH 계산

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/3424 ] H(g) + Br(g) → HBr(g) ΔH 계산

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/5208 ] NO(g) + O(g) → NO2(g) ΔH 계산

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/5414 ] N2O4(g)의 반응열 계산

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/5520 ] 프로판(C3H8)의 연소열 계산

 

 

 

 

[참고] 헤스의 법칙은

중학교 수학 2학년 1학기에 나오는

연립방정식 가감법(소거법)과

계산 방법/원리가 100% 동일하다.

 

 

.. x = 6 – y

+) 3x – y = 2

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.. 4x = 8

 

 

.. x + y = 6

+) 3x – y = 2

---------------

.. 4x = 8

 

 

 

 

[가스산업기사 문제 지문]

임의의 화학 반응에서 발생(또는 흡수)하는 열은

변화 전과 변화 후의 상태에 의해서 정해지며

그 경로는 무관하다.

 

 

 

 

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