【환경화학】 2009 국가공무원 5급(기술) 제3문

2009 국가공무원 5급(기술) 제3문^]

 

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a. 열역학

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Q. 자유에너지 개념은 반응의 자발성과 평형상태에 대한 유용한 정보를 제공한다. 다음 질문에 답하시오.

 

Q1. 자유에너지 개념을 이용하여 물의 수소이온곱(K_w)을 25 ℃에서 10^-14을 기준으로 하는 이유를 증명하시오. 단, 25 ℃에서 표준자유에너지는 다음과 같고, 기체상수(R)는 1.99 × 10^-3 kcal/mol이다.

 

 

A1. 화학평형에서 ΔG = 0이므로 ΔG = ΔGº + RT ln K = 0  ⇔  ΔGº = -RT ln K (＃)가 성립한다.

그런데 H₂O → H⁺ + OH^-가 되는 반응을 정반응이라고 가정하면, ΔGº = ΔG_fº (OH^-) - ΔG_fº (H₂O) = 19.09 kcal/mol이 된다. 이를 (＃) 식에 대입하면, K_w를 구할 수 있다.

 

T = 273.15 + 25 = 298.15

K_w = exp(-19.09 / RT) = 1.063143 × 10^-14

 

Q2. 자유에너지 개념을 사용하여 25 ℃의 순수한 물에서 [H⁺] = 1.2 × 10^-6 M, [OH^-] = 5 × 10^-8 M일 때, 아래 반응의 자발적 진행방향을 나타내고 열역학적(ΔG)으로 증명하시오.

 

H₂O ⇆ H⁺ + OH^-

 

A2. 다음 수식 전개를 주목하자.

 

ΔG = ΔGº + RT ln Q = -RT ln Kw + RT ln Q = RT ln (Q/Kw)

Q = (1.2 × 10^-6) × (5 × 10^-8) = 6 × 10^-14 ＞ K_w

 

따라서 ΔG ＞ 0이므로 반응은 역반응으로 진행한다.

 

입력: 2021.02.04 23:58