Hess의 법칙과 엔탈피 변화량의 계산

Hess의 법칙은 어떤 반응이 연속적으로 일어나면 그 반응의 최종 엔탈피 변화는 각 단계의 엔탈피 변화의 합과 같다는 아주 당연한 이론이다. 계단을 한 계단씩 올라가든 두 계단씩 올라가든 총 올리간 높이는 각 계단 높이의 총합과 같다는 말이다.

 

의미 없는 말 같지만 실제로 화학에서 엔탈피 변화를 측정하기 위해 꼭 필요한 이론이다. 예를 들어 C + ½O₂ -> CO 의 엔탈피 변화는 측정 하기가 까다롭다. C를 연소 시킨다고 모두 CO가 되는것은 아니기 때문이다. 하지만 C + O₂ -> CO₂ 나 CO + ½O₂ -> CO₂로 만드는건 쉽다. 이를 이용해서 C + ½O₂ -> CO 의 엔탈피를 정확히 알아 낼 수 있다.

 

C + O₂ -> CO₂ 의 엔탈피는 -393.5 kJ/mol 이고

CO + ½O₂ -> CO₂ 의 엔탈피는 -283.0 kJ/mol 이다.

 

최종 엔탈피는 각 단계의 엔탈피 합과 같다고 했다. 그러므로 C -> CO2로 바로 가는 것은 C -> CO를 거치고 CO -> CO2 가는 것과 최종 엔탈피는 같다. 즉 우리가 구하고자 하는 일산화탄소의 생성 엔탈피는 이산화탄소의 생성 엔탈피에서 CO -> CO2 의 엔탈피를 빼면 된다.

 

즉 110.5 kJ/mol 이라는 답이 나온다.

 

이런식으로 다른 하위(또는 상위)물질의 생성 엔탈피를 이용해서 원하는 물질의 생성 엔탈피를 구하는건 아주 흔한 일이다. 즉 시험 문제에서도 흔하게 등장 할 수 있다. 이 포스트 맨 아래쪽에 일반적으로 알려져 있는 흔한 물질의 생성 엔탈피 표를 올려 두었다. 시험을 칠 때도 이 표를 주거나 아니면 답을 얻는데 필요한 여러 단계의 엔탈피 값을 미리 알려 줄 것이다.

문제를 몇개 풀어보자.

 

 

 

Ex1) 1mol의 C₆H₆이 연소하여 CO₂와 H₂O를 만드는 반응의 표준 엔탈피 변화를 계산하시오.

C6H6가 충분한 산소와 연소 할 경우 이산화 탄소 6분자, 물 3분자가 생성된다. 즉 우리는 이산화탄소 6분자, 물 6분자가 생성되는 엔탈피에서 벤젠이 생성되는 엔탈피를 빼면 원하는 값을 얻을 수 있다.

 

6 * ΔH ( CO2 ) + 3 * ΔH ( H2O ) - ΔH ( C6H6 ) = -393.5 * 6 + -285.8 * 3 - 49.0 = -3267 kJ