【화공열역학】 2026 국가공무원 5급(기술) 제3문

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a. 헤스의 법칙 

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Q. 아래의 그림은 25 ℃에서 고체 흑연 C(s)과 수소 기체 H₂(g)로부터 메테인 기체 CH₄(g)를 생성하는 두 가지 반응 경로를 나타낸다. 

 

 

반응 A, B, C, D에서 반응열은 각각 ΔH_A°, ΔH_B°, ΔH_C°, ΔH_D°이다. 다음 물음에 답하시오. (단, 25 ℃에서 CH₄(g)의 표준생성열은 ΔH₁° = -18 kcal/mol, 25 ℃에서 C-H의 결합해리열은 ΔH₂° = 99.5 kcal/mol이며, 25 ℃에서 H-H의 결합해리열은 ΔH₃° = 104 kcal/mol이다)

 

Q1. 25 ℃에서 흑연의 승화열(kcal/mol)을 구하시오. 

  

A1.

C(s) + 2H₂ (g) → CH₄ (g), ΔH_f(C(s)) = 0, ΔH_f(H₂(g)) = 0, ΔH_f(CH₄) = ΔH₁° = -18 kcal/mol

H₂(g) → 2H(g), ΔH_f(H₂(g)) = 0, ΔH_f(H(g)) = ΔH₃° / 2 = 52 kcal/mol

CH₄ (g) → C(g) + 4H(g), ΔH_f(CH₄) = -18, ΔH_f(H(g)) = 52, ΔH_f(C(g)) = ΔH₂° - ΔH_f(CH₄) - 4ΔH_f(H) = -90.5 kcal/mol 

∴ 흑연의 승화열 = ΔH_f(C(g)) - ΔH_f(C(s)) = ΔH_f(C(g)) = -90.5 kcal/mol 

 

Q2. 25 ℃에서 에테인 기체 C₂H₆(g)의 생성열은 ΔH₄° = -20 kcal/mol이다. 25 ℃에서 C-C의 결합해리열(kcal/mol)을 구하시오. 

  

A2.

ethane

 

ΔH_f(C-H) = ΔH_f(C(g)) + ΔH_f(H(g)) - ΔH(C-H → C(g) + H(g)) = -90.5 + 52 - 99.5 = -138 kcal/mol

ΔH_f(C₂H₆(g)) = ΔH₄° = ΔH_f(C-C) + 6ΔH_f(C-H) = ΔH_f(C-C) + 6 × (-138) 

∴ ΔH_f(C-C) = 808 kcal/mol

 

입력: 2026.07.20 11:12