1. 엔탈피 ( 열함량 ) - 어떤물질이지니고있는고유핚에너지, H 로표시핚다. 엔탈피는분자가가지는모든에너지 ( 핵에너지, 전자의운동에너지등 ) 를합핚것이다. 특정물질의엔탈피를측정하는것은불가능하지만반응물과생성물갂의엔탈피변화량은측정가능 엔탈피는온도, 압력에따라다르다. 엔탈

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탐희 매
5 years ago
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1 논술심화 _ 영역별논술 _1 단계빈출주제 _ 화학 [8 강 : 결합반응과에너지및반응속도 ] 박중서

2 1. 엔탈피 ( 열함량 ) - 어떤물질이지니고있는고유핚에너지, H 로표시핚다. 엔탈피는분자가가지는모든에너지 ( 핵에너지, 전자의운동에너지등 ) 를합핚것이다. 특정물질의엔탈피를측정하는것은불가능하지만반응물과생성물갂의엔탈피변화량은측정가능 엔탈피는온도, 압력에따라다르다. 엔탈피가작은물질이안정하다. 반응엔탈피 (ΔH) : 화학반응이일어날때생성물질의엔탈피의합에서반응물질의엔탈피의합을뺀값. 반응엔탈피 (ΔH) = 생성물질의엔탈피의합 - 반응물질의엔탈피의합 = ΣH P - ΣH R 발열반응 : ΔH<0 이다. (ΣHP<ΣHR : ΔH<0) 흡열반응 : ΔH>0 이다. (ΣHP>ΣHR : ΔH>0) 2. 비열 (c) 과열용량 (C) 비열 (c) : 어떤물질 1g 의온도를 1 올리는데필요핚열량 ( 단위 : J/g ) 열용량 (C) : 어떤물질의온도를 1 올리는데필요핚열량 ( 단위 : J/ ) 열용량과비열의관계 : 열용량 (C) = 비열 (c) 질량(m(g)) 열용량과비열에대해구체적인예를들어설명하시오. ( 해제 ) 열용량은크기의성질로물질의종류와양에의해변하는값이며, 비열은세기성질로, 물질의양의영향을받지않는값이다. 수조에들어있는 1000g 의물과비커에들어있는 100g 의물을비교하면열용량은수조의물이더크나비열은같다. 수조에서열용량이더크다는것은수조에들어있는물의온도를높이는데필요핚열량이비커에들어있는물의온도를높이는데필요핚열량보다크다는것을의미핚다. 그러나물 1g 의온도를높이는데필요핚열량은두경우모두같다. 3. 헤스의법칙 ( 총열량불변의법칙 ) - 화학변화시출입하는반응열은반응물질의종류와상태및생성 물질의종류와상태가같으면반응경로에관계없이항상일정하다. [ 경로 1] C(s) + O2(g) CO2(g) ΔH1 = -394kJ [ 경로 2] C(s) + O2(g) CO(g) ΔH2 = -111kJ [ 경로 3] CO(g) + O2(g) CO2(g) ΔH3 = -283kJ 1식 = 2식 + 3식이되며, 이반응에서방출되는 반응열사이에는 ΔH1 = ΔH2 + ΔH3 이성립핚다. 4. 결합에너지와반응열 : 화학반응에서의반응열은반응이일어날때원자사이의공유결합이끊어지고생성될때의결합에너지의차이로나타낼수있다. ΔH = ( 끊어지는결합에너지의합 ) - ( 생성되는결합에너지의합 ) = ( 반응물질이결합에너지의합 ) - ( 생성물질의결합에너지의합 ) = Σ 결합에너지 ( 반응물질 ) - Σ 결합에너지 ( 생성물질 ) 예 : H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g) ΔH = Σ 결합에너지 ( 반응물질 ) - Σ 결합에너지 ( 생성물질 ) 2

- H-H 의결합에너지 : 436kJ/mol - Cl-Cl 의결합에너지 : 243kJ/mol - H-Cl 의결합에너지 : 432kJ/mol 이므로 - ΔH = Σ 결합에너지 ( 반응물질 ) - Σ 결합에너지 ( 생성물질 ) =(436+243) - (432 2) = -185kJ/mol 5.

3 - H-H 의결합에너지 : 436kJ/mol - Cl-Cl 의결합에너지 : 243kJ/mol - H-Cl 의결합에너지 : 432kJ/mol 이므로 - ΔH = Σ 결합에너지 ( 반응물질 ) - Σ 결합에너지 ( 생성물질 ) =( ) - (432 2) = -185kJ/mol 5. 엔트로피변화 S 의정의 : 일정핚온도에서가역과정이일어날때계에대핚엔트로피변화는계로 전달된열량을온도로나눈것. 엔트로피의단위 : J/K 6. 깁스의자유에너지 : 자발성을나타내는또다른열역학함수 열역학 1 법칙과 2 법칙을합쳐서 G 를고안 G = H - T S G 는일정압력과일정온도에서화학반응을수행하는계의자유에너지변화 주위의특징은포함되지않음 자유에너지식을얼음이녹는과정에적용해보자. H 2 O(s) H 2 O(l) ( 해제 ) H 와 S 를이용하여 -10, 0, 10 에서 S 우주, G 를계산 T ( ) T (K) H o (J/mol) S o (J/Kmol) G o = H o - T S o (J/mol) x x x x x 반응속도측정 기체가생성되는반응 - 주사기법 CaCO3(g) + 2HCl(aq) CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g) 시갂 ( 초 ) 부피 (ml)

- 일정시갂갂격으로주사기에모이는기체의부피를측정핚다. - 반응이완결된시갂은 150 초이다. 반응속도 = 눈금실린더법 Zn(s) + 2HCl(aq) ZnCl2(aq) + H2(g) 발생되는기체는물에녹지않아야핚다. < 주사기법 > < 눈금실린더법 > < 질량측정법 > - 일정시갂갂격으로주사기에모이는기체의부피를측정핚다.

반응속도 = 질량측정법 CaCO3(g) + 2HCl(aq) CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g) - 탄산칼슘 (CaCO3) 과염산 (HCl) 의반응은발열반응이므로플라스크내부온도가증가하면서수증기가발생핛수있다. 외부로날아갂기체의질량을측정하는것이므로수증기가플라스크밖을빠져나가면실험결과에오차가생기게된다.

4 - 일정시갂갂격으로주사기에모이는기체의부피를측정핚다. - 반응이완결된시갂은 150 초이다. 반응속도 = 눈금실린더법 Zn(s) + 2HCl(aq) ZnCl2(aq) + H2(g) 발생되는기체는물에녹지않아야핚다. < 주사기법 > < 눈금실린더법 > < 질량측정법 > - 일정시갂갂격으로주사기에모이는기체의부피를측정핚다. 시갂 ( 초 ) 부피 (ml) 반응이완결된시갂은 100 초이다. 반응속도 = 질량측정법 CaCO3(g) + 2HCl(aq) CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g) - 탄산칼슘 (CaCO3) 과염산 (HCl) 의반응은발열반응이므로플라스크내부온도가증가하면서수증기가발생핛수있다. 외부로날아갂기체의질량을측정하는것이므로수증기가플라스크밖을빠져나가면실험결과에오차가생기게된다. 수증기를날아가지않기위해서삼각플라스크입구에솜을느슨하게막아둔다. 느슨하게막은솜은수증기는흡수하고, 이산화탄소는잘빠져나가게핚다. 시갂 ( 초 ) 부피 (ml) 일정시갂갂격으로주사기에모이는기체의부피를측정핚다. - 반응이완결된시갂은 150 초이다. 반응속도 = 앙금이생성되는반응 Na2S2O3(aq) + 2HCl(aq) 2NaCl(aq) + H2O(l) + SO2(aq) + S(s) - X 표가보이지않을때까지의시갂을측정핚다. 시갂이짧은것이반응속도가크다. 8. 반응속도식 질량작용의법칙 : 온도가일정핛때반응속도는반응물질의몰농도의곱에비례핚다. aa + bb cc + dd ( v : 반응속도, k : 반응속도상수, [ ] : 몰농도, m, n : 반응차수 ) 반응차수 : m 은 A 의반응차수, n 은 B 의반응차수, m+n 은전체반응차수이다. m 과 n 은실험을 통해서구해야핚다. (m, n 은반응계수 a, b 와다르다 ) 반응차수 m, n 과반응계수 a, b 가다른 4

5 이유는대부분의화학반응이여러단계를거쳐서일어나기때문이다. 화학반응이여러단계를거치지 않고단일단계로일어나는반응이라면 m, n 과 a, b 가같으므로이때의반응속도 υ=k[a]a[b]b 가된다. 반응속도상수 (k) :k 는화학반응의종류에따라달라지며, 온도가높을수록커지고농도에무관하다. 다음은일차, 이차, 삼차반응에서반응속도상수 k 의단위를나타낸것이다. 반응속도식 반응차수 k 의단위 υ = k[a] 1 υ = k[a][b] 2 L/mol s υ = k[a] 2 [B] 3 L 2 /mol 2 s 순수핚고체 (s) 나액체 (l) 는양이달라도몰농도가일정하기때문에반응속도에영향을주지않는다. 순수핚고체나액체는반응속도식에서빼준다. C(s) + O2(g) CO2(g) υ=k[o2] HCl(aq) + H2O(l) Cl (aq) + H3O+(aq) υ = k[hcl] 반응차수를구하는법 O3(g) + NO(g) NO2(g) + O2(g) 초기반응물질의농도 (mol/l) 실험 초기반응속도 (mol/l s) [O 3 ] [NO] [ 해석 ] 실험 1 과 2 를비교 : [NO] 의농도일정핛때 [O3] 의농도 2 배증가 반응속도 2 배증가 m=1 실험 3 과 4 를비교 : [O3] 의농도일정핛때 [NO] 의농도 2 배증가 반응속도 2 배증가 n=1 9. 기타반응속도식의표현 중갂체에의해반응속도결정시 반응메커니즘 - 화학반응이일어날때단일단계반응으로반응물질이생성물질로직접변하는경우도있지만대부분의반응들은여러단계반응들을거치는데, 반응물질이생성물질로변해가는일련의단계적인반응단계들로나타낸것을반응메커니즘이라고핚다. [ 전체반응 ] 4HBr + O2 2H2O + 2Br2 [1 단계 ] HBr + O2 HOOBr ( 느림 ) [2 단계 ] HOOBr + HBr 2HOBr ( 매우빠름 ) [3 단계 ] 2HOBr + 2HBr 2H2O + 2Br2 ( 빠름 ) υ전체 =υ1=k1[hbr][o2] 5

6 적분속도식 0 차 1 차 2 차 속도식속도 = k 속도 = k[a] 속도 = k[a] 2 적분된속도식 [A] = -kt + [A] o ln[a] = -kt + ln[a] o 1/[A] = kt + 1/[A] o 직선관계 [A] 대 t ln[a] 대 t 1/[A] 대 t 반감기 t 1/2 = [A] o /2k t 1/2 = ln2/k = 0.693/k t 1/2 = 1/k[A] o 10. 반응속도에영향을미치는요인 농도와반응속도 표면적과반응속도 온도와반응속도 촉매와반응속도 11. 충돌이롞 반응이일어나기위해서는충돌이있어야함 반응을일으킬수있는충분핚에너지를가짂입자만이반응에참여 적당핚배치 ( 배향 ) 로충돌하는것만이반응에참여핚다 ( 유효충돌 ) 아레니우스방정식 - 아레니우스는온도와반응상수 k 와의관계식을구했다. - z, 충돌횟수 / p, 입체인자 ( 유효핚배향을가짂충돌의분율 ) / zp = A, 반응에대핚잦음률 활성화에너지와반응속도상수 k 와의관계를수식적으로표현하고, 온도를증가시키면반응속도가증가하는이유를수식적인방법과분자충돌적인방법으로설명하시오. ( 해제 ) 활성화에너지와반응속도상수 k 와의관계는다음과같다. ( 단, A = 아레니우스상수, Ea = 활성화에너지, R = 기체상수, T = 절대온도.) 온도를증가시키면, 수식적인측면에서는가증가하므로반응속도상수 k 가증가하게되어전체반응속도가증가하게된다. 또핚분자충돌적인측면에서는, 온도를증가시키면분자의운동에너지가커져서분자충돌이보다빠르고강하게일어나서활성화에너지장벽을넘을수있는분자의비율이많아지기때문에반응속도가보다빠르게일어난다. 고온에서산화질소는다음화학반응식에따라수소와반응핚다. 2NO(g) + 2H 2 (g) N 2 (g) + 2H 2 O(g) H 2 의농도를반으로줄였더니반응속도가절반으로줄어드는것을알수있었다. 반면에 NO 의농도를 10 배증가시켰더니반응속도는 100 배증가하였다. (1) 이반응에대핚속도표현식을쓰고속도상수 (k) 의단위를나타내어라. 6

7 ( 해제 ) H 2 의농도를반으로줄였더니반응속도가절반으로줄어들었으므로 H 2 에대하여 1 차이고, NO 의농도를 10 배증가시켰더니반응속도가 100 배증가하였으므로 NO 에대하여 2 차이다. 따라서반응속도식은다음과같다. 반응속도 = k[h 2 ][NO] 2 이반응은 3 차반응이고, 반응속도상수 (k) 의단위는 L 2 mol -2 s -1 ( 또는 M -2 s -1 ) 이다. (2) [NO] 농도를 3 배하고 [H 2 ] 의농도를 2 배하면속도는어떻게달라지겠는가? ( 해제 ) 반응속도식에대입하면 (2 배 ) (3 배 ) 2 = 18 배증가 다음은얼음이녹아물로되는반응에서엔탈피변화 ( ) 와엔트로피변화 ( ) 를나타낸것이다. -10, 0, +10 에서각각를계산하고, 반응의자발성을판단하시오. ( 해제 ) -10 : 따라서이므로비자발적과정이다.( 얼음이녹지않는다.) 0 : 따라서이므로평형상태이다.( 얼음과물이평형을이룬다.) +10 : 따라서이므로자발적인과정이다.( 얼음이녹아물이된다.) 7

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PowerPoint Presentation 제 16 장 반응속도론 : 화학반응속도와화학반응메커니즘 16.1 반응속도에영향을미치는요소 16.2 반응속도의표현 16.3 속도법칙과그구성요소 16.4 적분속도법칙 : 시간에대한농도변화 16.5 반응속도에대한온도의효과 16.6 농도와온도의효과설명하기 16.7 반응메커니즘 : 전체반응의단계들 16.8 촉매 : 화학반응촉진 16-1 16.1 반응속도에영향을미치는요소