일정압력 열계량법. ΔH 측정. H2SO4 + NaOH 중화열 측정

일정압력 열계량법. ΔH 측정. H2SO4 + NaOH 중화열 측정

일정 압력 열계량법 (Constant Pressure Calorimetry)

 

 

열량계에서 25.0℃ 1.0 M H2SO4 25.0 mL를

1.0 M NaOH 50.0 mL에 가하면 수용액의 온도는 33.9℃로 상승한다.

이 수용액의 비열은 4.18 J/g•℃이고, 밀도는 1.00 g/mL이고,

열량계 자체는 무시할 정도의 열을 흡수한다고 가정할 때

이 반응의 ∆H(kJ)를 계산하시오.

H2SO4(aq) + 2NaOH(aq) → 2H2O(l) + Na2SO4(aq)

 

 

When 25.0 mL of 1.0 M H2SO4 is added to 50.0 mL of 1.0 M NaOH at 25.0℃ in a calorimeter, the temperature of the solution increases to 33.9℃. Assuming the specific heat of the solution is 4.18 J/g•℃, its density is 1.00 g/mL and the calorimeter itself absorbs a negligible amount of heat, calculate ∆H in kilojoules for the reaction:

H2SO4(aq) + 2NaOH(aq) → 2H2O(l) + Na2SO4(aq)

 

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▶ 참고: 산-염기 중화반응과 중화열

[ https://ywpop.tistory.com/3925 ]

> 중화열: 산-염기 중화반응 결과, “H2O(l) 1 mol이 생성될 때 발생하는 열”

 

▶ 참고: 열용량과 비열

[ https://ywpop.tistory.com/2897 ]

> q = C m Δt

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q = C m ∆t

= (4.18 J/g•℃)×[(25.0+50.0 mL)×(1.00 g/mL)]×(33.9–25.0 ℃)

= 2790.2 J

= 2.79 kJ

---> ΔH = –2.79 kJ

( 이 열은 0.0500 mol H2O가 생성될 때의 열 )

 

 

 

중화열(∆H)의 본질은 H2SO4와 NaOH의 반응이 아니라,

H2SO4에 들어있는 H^+와 NaOH에 들어있는 OH^-의 반응이다.

H^+(aq) + OH^-(aq) → H2O(l) ... ∆H = ?

 

 

 

25.0 mL of 1.0 M H2SO4 용액에 들어있는 H^+의 몰수

= 2 × (1.0 mol/L) × 0.0250 L = 0.0500 mol H^+

( H2SO4(aq) → 2H^+(aq) + SO4^2-(aq) ... 2가산 )

 

 

 

50.0 mL of 1.0 M NaOH 용액에 들어있는 OH^-의 몰수

= (1.0 mol/L) × 0.0500 L = 0.0500 mol OH^-

 

 

 

H^+와 OH^-의 몰수가 같으므로, 한계 반응물은 따로 없다.

따라서 H2O 1몰당 중화열은

–2790.2 J / 0.0500 mol = –55804 J/mol = –55.8 kJ/mol

 

 

 

답: ∆H = –55.8 kJ/mol

 

 

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[ 보충설명 ] 다른 설명을 보면,

H2SO4의 몰수를 다음과 같이 계산해서,

(1.0 mol/L) × 0.0250 L = 0.0250 mol H2SO4

 

 

중화열을 다음과 같이 계산한다.

2790.2 J / 0.0250 mol = 111608 J/mol = 112 kJ/mol

( 이 값은 H2SO4 1 mol당 반응열이다. )

( 만약 출제자의 의도가 이것이라면, 이 값이 정답이 될 수 있다. )

 

 

그래서

H2SO4(aq) + 2NaOH(aq) → 2H2O(l) + Na2SO4(aq) ... ∆H = –112 kJ

이라고 하는데,

 

 

설령 H2SO4의 몰수를 0.0250 mol로 계산하더라도,

이 반응에서 생성되는 H2O는 1 mol이 아니라 2 mol이므로,

(112 kJ/mol H2SO4) × (1 mol H2SO4 / 2 mol H2O)

= 56 kJ/mol H2O

로 계산해야 된다.

 

 

왜냐하면, 중화열의 본질(알짜)은

H^+(aq) + OH^-(aq) → H2O(l)

이기 때문이다.

 

 

 

 

[ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/3038 ] HCl + NaOH 중화열 측정

 

 

 

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