① 에너지 보존의 법칙에 의하면 물질의 내부 에너지의 변화는 계에 출입하는 열이나 계가 하거나 받은 일의 형태로 전환된다. 화학반응에서 일은 일정한 외부 압력에서 계의 부피 팽창에 의한 것이므로 식은 다음과 같다.

   이 식을 재배열하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

② 엔탈피: 일정한 압력(1기압) 조건에서 물질에 축적된 에너지의 양을 나타내는 상태함수로 정의한다. 계의 내부 에너지와 계가 한 일의 양을 합한 에너지에 해당한다.


③ 물질마다 고유한 엔탈피값을 가지지만 바닥상태의 기준을 정의할 수 없기 때문에 절대값보다는 상대값인 엔탈피의 변화량()을 이용한다. 물질의 정압열용량을 알면 온도변화로 엔탈피의 변화량을 계산할 수 있다.

④ 온도에 따라 물질이 가진 에너지의 양이 다르므로 1기압, 25℃에서의 엔탈피를 표준 엔탈피라고 한다.

⑤ 같은 온도의 물질이라도 상태에 따라 엔탈피가 다르다. 즉, 25℃ 수증기가 25℃ 물보다 에너지 함량이 더 크다.


4) 반응 엔탈피

① 일정한 압력에서 화학 반응이 일어날 때 수반되는 엔탈피의 변화량을 말한다.

② 일정한 압력에서 진행되는 화학 반응에서 출입하는 반응열에 해당하며, 반응 엔탈피는 물질의 내부 에너지 변화량과 계가 한 일의 합이다.

③ 반응 엔탈피는 생성물 엔탈피(HP)의 총합과 반응물 엔탈피(HR)의 총합의 차이다.

④ 반응열와 ⊿H의 관계 :

⑤ 열화학반응식은 화학반응식에 물질의 상태를 반드시 표시하고 표준상태에서 엔탈피의 변화량을 함께 나타낸다.


5) ΔH와 ΔU의 비교

①  2몰의 Na가 물과 반응하면 2Na(s)+2H2O(l) → 2NaOH(aq)+H2(g) ΔH=-367.5kJ의 반응에 따라 367.5kJ의 열이 방출되며, 1몰의 수소 기체(25℃, 1기압에서 24.5L)가 발생한다.

②  -PΔV=-24.5L․atm=-2.5kJ이므로 ΔU=ΔH-PΔV에 따라 ΔU=-367.5kJ-2.5kJ=-370.0kJ

③ ΔH(-367.5kJ)가 ΔU(-370.0kJ)보다 큰 이유는 기체의 부피 팽창에 필요한 에너지 때문이다.

④ 일정한 온도에서 이상기체 상태 방정식을 이용하면 ΔU=ΔH-Δ(PV)=ΔH-Δ(nRT)=ΔH-RTΔn의 식으로 내부 에너지 변화를 계산할 수도 있다.


6) 반응열과 열화학 반응식

① 반응열: 일정한 온도와 압력에서 화학 반응이 일어나며 출입한 열량을 열량계로 측정한 값

② 열화학 반응식: 반응 엔탈피를 함께 나타낸 균형 잡힌 화학 반응식, 반응 물질과 생성 물질의 상태를 표시한다.

③ 열화학 반응식에서 유의할 사항

● 열화학 반응식에서 계수는 몰수를 의미한다.

● 열화학 반응식에는 반드시 상태를 표시한다.

● 열화학 반응식을 쓸 때에는 반드시 온도와 압력을 표시해야 한다. 표시되지 않으면 표준상태(25℃, 1기압)으로 간주한다. 이 때 엔탈피 변화는 표준상태 엔탈피 변화이다.

● 엔탈피 변화는 크기성질이다.


7) 헤스의 법칙

① 총열량 불변의 법칙 : 화학 반응에서 반응물과 생성물의 물질의 종류 및 상태만 같으면 도중의 경로에 관계없이 반응열 즉, 반응 엔탈피는 항상 같다.

② 엔탈피가 상태함수이므로 처음상태와 나중상태가 같으면 경로에 무관하게 출입하는 열량의 총합은 같다.

(예)


③ 헤스의 법칙의 다른 표현 : 엔탈피는 상태함수이므로 화학반응식과 엔탈피의 변화량(⊿H)는 수학적으로 가감승제가 가능하다.

  HgO(s) → Hg(l) + ½O2(g)  ⊿H = 91kJ

● 반응이 역으로 진행되면 엔탈피를 뺄 수 있다. 즉, ⊿H의 부호가 반대로 하면 된다. 

 Hg(l) + ½O2(g) → HgO(s) ⊿H = - 91kJ

● ⊿H의 크기는 물질의 양에 비례한다. 따라서 반응계수가 정수배가 되면 ⊿H의 값도 정수배가 된다.

 2HgO(s) → 2Hg(l) + O2(g) ⊿H = - 182kJ


④ 헤스의 법칙의 가치 : 실험적으로 직접 측정키 어려운 반응열을 헤스의 법칙을 이용하여 간접적으로 측정


⑤ 생성열을 이용한 반응열의 계산

● 생성열: 안정한 홑원소물질로부터 화합물 1몰이 생성할 때 엔탈피 변화. 이 값이 작을수록 에너지 함량이 작은 안정한 물질이다.

● 생성열과 반응 엔탈피의 관계


① 에너지 보존의 법칙에 의하면 물질의 내부 에너지의 변화는 계에 출입하는 열이나 계가 하거나 받은 일의 형태로 전환된다. 화학반응에서 일은 일정한 외부 압력에서 계의 부피 팽창에 의한 것이므로 식은 다음과 같다.

   이 식을 재배열하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

② 엔탈피: 일정한 압력(1기압) 조건에서 물질에 축적된 에너지의 양을 나타내는 상태함수로 정의한다. 계의 내부 에너지와 계가 한 일의 양을 합한 에너지에 해당한다.


③ 물질마다 고유한 엔탈피값을 가지지만 바닥상태의 기준을 정의할 수 없기 때문에 절대값보다는 상대값인 엔탈피의 변화량()을 이용한다. 물질의 정압열용량을 알면 온도변화로 엔탈피의 변화량을 계산할 수 있다.

④ 온도에 따라 물질이 가진 에너지의 양이 다르므로 1기압, 25℃에서의 엔탈피를 표준 엔탈피라고 한다.

⑤ 같은 온도의 물질이라도 상태에 따라 엔탈피가 다르다. 즉, 25℃ 수증기가 25℃ 물보다 에너지 함량이 더 크다.


4) 반응 엔탈피

① 일정한 압력에서 화학 반응이 일어날 때 수반되는 엔탈피의 변화량을 말한다.

② 일정한 압력에서 진행되는 화학 반응에서 출입하는 반응열에 해당하며, 반응 엔탈피는 물질의 내부 에너지 변화량과 계가 한 일의 합이다.

③ 반응 엔탈피는 생성물 엔탈피(HP)의 총합과 반응물 엔탈피(HR)의 총합의 차이다.

④ 반응열와 ⊿H의 관계 :

⑤ 열화학반응식은 화학반응식에 물질의 상태를 반드시 표시하고 표준상태에서 엔탈피의 변화량을 함께 나타낸다.


5) ΔH와 ΔU의 비교

①  2몰의 Na가 물과 반응하면 2Na(s)+2H2O(l) → 2NaOH(aq)+H2(g) ΔH=-367.5kJ의 반응에 따라 367.5kJ의 열이 방출되며, 1몰의 수소 기체(25℃, 1기압에서 24.5L)가 발생한다.

②  -PΔV=-24.5L․atm=-2.5kJ이므로 ΔU=ΔH-PΔV에 따라 ΔU=-367.5kJ-2.5kJ=-370.0kJ

③ ΔH(-367.5kJ)가 ΔU(-370.0kJ)보다 큰 이유는 기체의 부피 팽창에 필요한 에너지 때문이다.

④ 일정한 온도에서 이상기체 상태 방정식을 이용하면 ΔU=ΔH-Δ(PV)=ΔH-Δ(nRT)=ΔH-RTΔn의 식으로 내부 에너지 변화를 계산할 수도 있다.


6) 반응열과 열화학 반응식

① 반응열: 일정한 온도와 압력에서 화학 반응이 일어나며 출입한 열량을 열량계로 측정한 값

② 열화학 반응식: 반응 엔탈피를 함께 나타낸 균형 잡힌 화학 반응식, 반응 물질과 생성 물질의 상태를 표시한다.

③ 열화학 반응식에서 유의할 사항

● 열화학 반응식에서 계수는 몰수를 의미한다.

● 열화학 반응식에는 반드시 상태를 표시한다.

● 열화학 반응식을 쓸 때에는 반드시 온도와 압력을 표시해야 한다. 표시되지 않으면 표준상태(25℃, 1기압)으로 간주한다. 이 때 엔탈피 변화는 표준상태 엔탈피 변화이다.

● 엔탈피 변화는 크기성질이다.


7) 헤스의 법칙

① 총열량 불변의 법칙 : 화학 반응에서 반응물과 생성물의 물질의 종류 및 상태만 같으면 도중의 경로에 관계없이 반응열 즉, 반응 엔탈피는 항상 같다.

② 엔탈피가 상태함수이므로 처음상태와 나중상태가 같으면 경로에 무관하게 출입하는 열량의 총합은 같다.

(예)


③ 헤스의 법칙의 다른 표현 : 엔탈피는 상태함수이므로 화학반응식과 엔탈피의 변화량(⊿H)는 수학적으로 가감승제가 가능하다.

  HgO(s) → Hg(l) + ½O2(g)  ⊿H = 91kJ

● 반응이 역으로 진행되면 엔탈피를 뺄 수 있다. 즉, ⊿H의 부호가 반대로 하면 된다. 

 Hg(l) + ½O2(g) → HgO(s) ⊿H = - 91kJ

● ⊿H의 크기는 물질의 양에 비례한다. 따라서 반응계수가 정수배가 되면 ⊿H의 값도 정수배가 된다.

 2HgO(s) → 2Hg(l) + O2(g) ⊿H = - 182kJ


④ 헤스의 법칙의 가치 : 실험적으로 직접 측정키 어려운 반응열을 헤스의 법칙을 이용하여 간접적으로 측정


⑤ 생성열을 이용한 반응열의 계산

● 생성열: 안정한 홑원소물질로부터 화합물 1몰이 생성할 때 엔탈피 변화. 이 값이 작을수록 에너지 함량이 작은 안정한 물질이다.

● 생성열과 반응 엔탈피의 관계

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