종이를 여러 장 겹쳐 놓은 것과 같이 C C 원자 가 층상 구조로 배열된 물질이다.
어떤 물질 1 m o l 1 m o l 원소 의 가장 안정한 상태로부터 생성될 때의 반응 엔탈피 이다.k J / m o l k J / m o l
원소 별 가장 안정한 상태 예시:
H H H 2 ( g ) H 2 ( g ) C C C ( s , C ( s , 흑연 ) ) N N N 2 ( g ) N 2 ( g ) O O O 2 ( g ) O 2 ( g ) F F F 2 ( g ) F 2 ( g )
다음은 25 ∘ C 2 5 ∘ C H 2 ( g ) H 2 ( g ) O 2 ( g ) O 2 ( g ) 열화학 반응식 이다. H 2 O ( g ) H 2 O ( g ) 생성 엔탈피 를 구해보자.
2 H 2 ( g ) + O 2 ( g ) → 2 H 2 O ( g ) Δ H ∘ = − 484 k J 2 H 2 ( g ) + O 2 ( g ) → 2 H 2 O ( g ) Δ H ∘ = − 4 8 4 k J
생성 엔탈피 는 어떤 물질 1 m o l 1 m o l 원소 의 가장 안정한 상태로부터 생성될 때의 반응 엔탈피 이다.
H 2 O ( g ) H 2 O ( g ) 원소 는 H H O O H H O O H 2 ( g ) H 2 ( g ) O 2 ( g ) O 2 ( g )
주어진 열화학 반응식 은 H 2 O ( g ) H 2 O ( g ) 원소 의 가장 안정한 상태로부터 H 2 O ( g ) H 2 O ( g ) 2 m o l 2 m o l Δ H ∘ = − 484 k J Δ H ∘ = − 4 8 4 k J H 2 O ( g ) H 2 O ( g ) 1 m o l 1 m o l 엔탈피 변화량 은 − 484 k J ÷ 2 = − 242 k J − 4 8 4 k J ÷ 2 = − 2 4 2 k J
따라서 H 2 O ( g ) H 2 O ( g ) 생성 엔탈피 는 − 242 k J / m o l − 2 4 2 k J / m o l
기체 상태1 m o l 1 m o l 원자 사이의 공유 결합 을 끊어 기체 상태원자 로 만드는 데 필요한 에너지 이다.k J / m o l k J / m o l D D
결합 해리 에너지 는 동일한 결합 차수 , 동일한 원자 사이의 결합이더라도,화합물 마다 약간의 차이가 있을 수 있다.
임의의 두 원자 A A B B 단일 결합 , 이중 결합, 삼중 결합은 각각 A − B A − B A = B A = B A ≡ B A ≡ B
동일한 결합 차수 , 동일한 원자 사이의 결합들의 결합 해리 에너지 를 평균한 값이다.D a v g D a v g
공유 결합 의 세기가 클수록 결합을 끊기 어려우므로 결합 에너지 는 증가한다.결합 에너지 는 A − B < A = B < A ≡ B A − B < A = B < A ≡ B
기체 상태의 화합물 의 반응은 반응물 의 결합을 끊어 원자 상태가 되고, 이 원자 들이 새롭게 결합하여 생성물이 만들어진다고 볼 수 있다.반응물 의 결합을 끊는 과정에서 반응물 의 결합 에너지 를 흡수하고,결합 에너지 가 방출된다.
따라서 기체 반응에서 반응 엔탈피 는 아래와 같다.
$\Delta H=($반응물 의 결합 에너지 총합$)-($생성물의 결합 에너지 총합$)$
다음은 25 ∘ C 2 5 ∘ C N 2 ( g ) N 2 ( g ) H 2 ( g ) H 2 ( g ) 열화학 반응식 과 5 5 결합 에너지 이다. 자료로부터 구한 x x
N 2 ( g ) + 3 H 2 ( g ) → 2 N H 3 ( g ) Δ H ∘ = x k J N 2 ( g ) + 3 H 2 ( g ) → 2 N H 3 ( g ) Δ H ∘ = x k J
1. 1 . 반응물 의 결합 에너지 총합 구하기:
반응물 인 N 2 N 2 H 2 H 2 루이스 구조 를 그리면 아래 그림과 같다.
N 2 ( g ) N 2 ( g ) 1 m o l 1 m o l 결합 에너지 는 N ≡ N N ≡ N 1 m o l 1 m o l 945 k J / m o l × 1 m o l = 945 k J 9 4 5 k J / m o l × 1 m o l = 9 4 5 k J H 2 ( g ) H 2 ( g ) 3 m o l 3 m o l 결합 에너지 는 H − H H − H 3 m o l 3 m o l 436 k J / m o l × 3 m o l = 1308 k J 4 3 6 k J / m o l × 3 m o l = 1 3 0 8 k J
그러므로 반응물 의 결합 에너지 총합은 945 k J + 1308 k J = 2253 k J 9 4 5 k J + 1 3 0 8 k J = 2 2 5 3 k J
2. 2 . 결합 에너지 총합 구하기:
생성물인 N H 3 N H 3 루이스 구조 를 그리면 아래 그림과 같다.
N H 3 ( g ) N H 3 ( g ) 2 m o l 2 m o l 결합 에너지 는 N − H N − H 6 m o l 6 m o l 391 k J / m o l × 6 m o l = 2346 k J 3 9 1 k J / m o l × 6 m o l = 2 3 4 6 k J
그러므로 생성물의 결합 에너지 총합은 2346 k J 2 3 4 6 k J
기체 반응에서 반응 엔탈피 Δ H = ( Δ H = ( 반응물 의 결합 에너지 총합) − ( ) − ( 결합 에너지 총합) ) x k J = 2253 k J − 2346 k J x k J = 2 2 5 3 k J − 2 3 4 6 k J x = − 93 x = − 9 3
1번 문항 정답 및 해설 보기
정답: $2$
1. 1 . 반응물 의 결합 에너지 총합 구하기:
반응물 인 C H 4 C H 4 O 2 O 2 루이스 구조 를 그리면 아래 그림과 같다.
C H 4 ( g ) C H 4 ( g ) 1 m o l 1 m o l 결합 에너지 는 C − H C − H 4 m o l 4 m o l 410 k J / m o l × 4 m o l = 1640 k J 4 1 0 k J / m o l × 4 m o l = 1 6 4 0 k J O 2 ( g ) O 2 ( g ) 2 m o l 2 m o l 결합 에너지 는 O = O O = O 2 m o l 2 m o l 498 k J / m o l × 2 m o l = 996 k J 4 9 8 k J / m o l × 2 m o l = 9 9 6 k J
그러므로 반응물 의 결합 에너지 총합은 1640 k J + 996 k J = 2636 k J 1 6 4 0 k J + 9 9 6 k J = 2 6 3 6 k J
2. 2 . 결합 에너지 총합 구하기:
생성물인 C O 2 C O 2 H 2 O H 2 O 루이스 구조 를 그리면 아래 그림과 같다.
C O 2 ( g ) C O 2 ( g ) 1 m o l 1 m o l 결합 에너지 는 C = O C = O 2 m o l 2 m o l 799 k J / m o l × 2 m o l = 1598 k J 7 9 9 k J / m o l × 2 m o l = 1 5 9 8 k J H 2 O ( g ) H 2 O ( g ) 2 m o l 2 m o l 결합 에너지 는 O − H O − H 4 m o l 4 m o l 463 k J / m o l × 4 m o l = 1852 k J 4 6 3 k J / m o l × 4 m o l = 1 8 5 2 k J
그러므로 생성물의 결합 에너지 총합은 1598 k J + 1852 k J = 3450 k J 1 5 9 8 k J + 1 8 5 2 k J = 3 4 5 0 k J
기체 반응에서 반응 엔탈피 Δ H = ( Δ H = ( 반응물 의 결합 에너지 총합) − ( ) − ( 결합 에너지 총합) ) x k J = 2636 k J − 3450 k J x k J = 2 6 3 6 k J − 3 4 5 0 k J x = − 814 x = − 8 1 4
따라서 답은 2 2
2번 문항 정답 및 해설 보기
정답: $3$
1. 1 . 반응물 의 결합 에너지 총합 구하기:
반응물 인 N H 3 N H 3 F 2 F 2 루이스 구조 를 그리면 아래 그림과 같다.
N − H N − H 결합 에너지 를 D a v g ( N − H ) D a v g ( N − H ) N H 3 ( g ) N H 3 ( g ) 2 m o l 2 m o l 결합 에너지 는 N − H N − H 6 m o l 6 m o l 6 D a v g ( N − H ) 6 D a v g ( N − H ) F 2 ( g ) F 2 ( g ) 3 m o l 3 m o l 결합 에너지 는 F − F F − F 3 m o l 3 m o l 159 k J / m o l × 3 m o l = 477 k J 1 5 9 k J / m o l × 3 m o l = 4 7 7 k J
그러므로 반응물 의 결합 에너지 총합은 6 D a v g ( N − H ) + 477 k J 6 D a v g ( N − H ) + 4 7 7 k J
2. 2 . 결합 에너지 총합 구하기:
생성물인 N 2 N 2 H F H F 루이스 구조 를 그리면 아래 그림과 같다.
N ≡ N N ≡ N 결합 에너지 를 D a v g ( N ≡ N ) D a v g ( N ≡ N ) N 2 ( g ) N 2 ( g ) 1 m o l 1 m o l 결합 에너지 는 N ≡ N N ≡ N 1 m o l 1 m o l D a v g ( N ≡ N ) D a v g ( N ≡ N ) H F ( g ) H F ( g ) 6 m o l 6 m o l 결합 에너지 는 F − H F − H 6 m o l 6 m o l 565 k J / m o l × 6 m o l = 3390 k J 5 6 5 k J / m o l × 6 m o l = 3 3 9 0 k J
그러므로 생성물의 결합 에너지 총합은 D a v g ( N ≡ N ) + 3390 k J D a v g ( N ≡ N ) + 3 3 9 0 k J
기체 반응에서 반응 엔탈피 Δ H = ( Δ H = ( 반응물 의 결합 에너지 총합) − ( ) − ( 결합 에너지 총합) ) − 1513 k J = 6 D a v g ( N − H ) + 477 k J − ( D a v g ( N ≡ N ) + 3390 k J ) − 1 5 1 3 k J = 6 D a v g ( N − H ) + 4 7 7 k J − ( D a v g ( N ≡ N ) + 3 3 9 0 k J ) 1400 k J = 6 D a v g ( N − H ) − D a v g ( N ≡ N ) 1 4 0 0 k J = 6 D a v g ( N − H ) − D a v g ( N ≡ N )
생성 엔탈피 는 어떤 물질 1 m o l 1 m o l 원소 의 가장 안정한 상태로부터 생성될 때의 반응 엔탈피 이다.
N N H H N 2 ( g ) N 2 ( g ) H 2 ( g ) H 2 ( g ) N H 3 ( g ) N H 3 ( g ) 생성 엔탈피 는 아래 열화학 반응식 에서 1 2 x 2 1 x
N 2 ( g ) + 3 H 2 ( g ) → 2 N H 3 ( g ) Δ H ∘ = x N 2 ( g ) + 3 H 2 ( g ) → 2 N H 3 ( g ) Δ H ∘ = x
이제 이 반응식에서 반응물 과 생성물의 결합 에너지 를 통해 x x
1. 1 . 반응물 의 결합 에너지 총합 구하기:
반응물 인 N 2 N 2 H 2 H 2 루이스 구조 를 그리면 아래 그림과 같다.
N 2 ( g ) N 2 ( g ) 1 m o l 1 m o l 결합 에너지 는 N ≡ N N ≡ N 1 m o l 1 m o l D a v g ( N ≡ N ) D a v g ( N ≡ N ) H 2 ( g ) H 2 ( g ) 3 m o l 3 m o l 결합 에너지 는 H − H H − H 3 m o l 3 m o l 436 k J / m o l × 3 m o l = 1308 k J 4 3 6 k J / m o l × 3 m o l = 1 3 0 8 k J
그러므로 반응물 의 결합 에너지 총합은 D a v g ( N ≡ N ) + 1308 k J D a v g ( N ≡ N ) + 1 3 0 8 k J
2. 2 . 결합 에너지 총합 구하기:
생성물인 N H 3 N H 3 루이스 구조 를 그리면 아래 그림과 같다.
N H 3 ( g ) N H 3 ( g ) 2 m o l 2 m o l 결합 에너지 는 N − H N − H 6 m o l 6 m o l 6 D a v g ( N − H ) 6 D a v g ( N − H )
그러므로 생성물의 결합 에너지 총합은 6 D a v g ( N − H ) 6 D a v g ( N − H )
기체 반응에서 반응 엔탈피 Δ H = ( Δ H = ( 반응물 의 결합 에너지 총합) − ( ) − ( 결합 에너지 총합) ) x k J = D a v g ( N ≡ N ) + 1308 k J − 6 D a v g ( N − H ) x k J = D a v g ( N ≡ N ) + 1 3 0 8 k J − 6 D a v g ( N − H ) − x k J + 1308 k J = 6 D a v g ( N − H ) − D a v g ( N ≡ N ) − x k J + 1 3 0 8 k J = 6 D a v g ( N − H ) − D a v g ( N ≡ N )
이를 ①에 넣으면1400 k J = 6 D a v g ( N − H ) − D a v g ( N ≡ N ) 1 4 0 0 k J = 6 D a v g ( N − H ) − D a v g ( N ≡ N ) 1400 k J = − x k J + 1308 k J 1 4 0 0 k J = − x k J + 1 3 0 8 k J x = − 92 x = − 9 2
그러므로 N H 3 N H 3 생성 엔탈피 는 1 2 x = 2 1 x = 1 2 × ( − 92 ) = 2 1 × ( − 9 2 ) = − 46 ( k J / m o l ) − 4 6 ( k J / m o l )
따라서 답은 3 3
