피어슨 에덱셀 · International GCSE · Chemistry · 주제 3
Three questions decide whether a reaction is useful: does it heat or cool, how fast is it, and does it finish? Physical chemistry answers them — calorimetry and Q = mcΔT, collision theory with its four levers, and the dynamic equilibrium a reversible reaction reaches in a closed vessel.
Edexcel International GCSE Chemistry 4CH1, Section 3 (statement 3.1–3.22C)는 길이는 짧지만 계산이 많음. C 접미사가 붙은 statement는 화학 전용임.
| English | 한국어 |
|---|---|
| exothermic/eɡzəˈðɜːmɪk/ | 발열 반응 |
| endothermic/ˌendəʊˈθɜːmɪk/ | 흡열 반응 |
| calorimetry/ˌkælɔːˈrɪmətri/ | 량열법 |
| catalyst/ˈkætəlɪst/ | 촉매 |
| collision theory/kəˈlɪʒn ˈθɪəri/ | 충돌 이론 |
| reversible reaction/rɪˈvɜːsɪbl rɪˈækʃn/ | 가역 반응 |
| dynamic equilibrium/daɪˈnæmɪk ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ | 동적 평형 |
발열 반응은 열을 방출한다(연소, 중화, 대체 반응 대부분) — 혼합물이 뜨거워지고 ΔH는 음수이다. 흡열 반응은 열을 흡수한다(열분해, 일부 용해) — 혼합물이 차가워진다. 간단한 칼로리계법: 알려진 질량의 온도 변화를 측정한다(용액에는 폴리스티렌 컵, 연소 시에는 물 비커 아래에 스피릿 버너 사용).
작은 문제 풀이. 50 g의 물이 스피릿 버너 실험에서 24 °C 상승했다: $Q = 50 \times 4.2 \times 24 = 5040$ J. 연소된 연료가 0.010 mol일 때: $\Delta H = -5040/0.010 = -504\,000\ \mathrm{J\,mol^{-1}} = -504\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}$.
(C) 결합 파단은 흡열이며 결합 형성은 발열이다. ΔH = 끊어진 결합 에너지 − 형성된 결합 에너지. 작은 문제 풀이. H₂ + Cl₂ → 2HCl: 끊어진 것 436 + 242 = 678; 형성된 것 2 × 431 = 862; ΔH = 678 − 862 = −184 kJ/mol(발열).
$q_{solution}=mc\Delta T,\quad q_{reaction}=-q_{solution}$
Connect opposite heat changes in the solution and reaction, using the page’s worked quantities to turn a temperature change into an energy estimate.
| English | 한국어 |
|---|---|
| activation energy/ˌæktɪˈveɪʃn ˈenədʒi/ | 활성화 에너지 |
실험은 가시적인 반응을 따른다: 기체 부피(대리석 + 산), 저울에서의 질량 감소, 또는 사라지는 십자(황산나트륨 + 산). 네 가지 변수: 고체의 표면적, 농도(또는 기체 압력), 온도, 촉매.
충돌 이론은 이를 모두 설명함: 반응에는 최소 활성화 에너지 이상의 충돌이 필요함. 분말은 노출된 표면적이 커져서 초당 충돌 횟수를 늘림; 농도나 압력이 높아지면 입자들이 밀집되어 충돌 빈도가 증가함; 온도가 높아지면 입자의 속도가 빨라져서 충돌 빈도와 에너지가 모두 증가함 — 이 세 가지 요인 중 단 하나만이 최소 활성화 에너지를 가진 충돌의 비율을 높이는 변수임. 촉매는 더 낮은 활성화 에너지를 갖는 대안 경로를 제공하여 성공적인 충돌을 늘리고, 최종적으로 화학적 성질이 변하지 않음; 생성물의 양은 바꾸지 않고 오직 생성되는 속도만 변경함.
Compare the worked 10 to 34 cm³ interval with a tangent; increasing model speed keeps the final volume fixed.
가역 반응(⇌)은 양방향으로 진행된다: 수화 구리(II) 황산염 ⇌ 무수 염 + 물 (열이 정반응을 유도, 물이 역반응 유도); 암모늄 염화물 ⇌ 암모니아 + 염화수소 가열 시. (C) 밀폐된 용기에서는 동적 평형에 도달한다: 정반응과 역반응 속도가 같아지고 모든 농도가 일정하게 유지되며 — 두 반응 모두 여전히 진행됨.
(C) 온도 상승 → 평형은 흡열 방향으로 이동; 압력 상승 → 기체 몰 수가 적은 쪽으로 이동; 촉매는 양쪽 속도를 동일하게 빠르게 하고 위치는 변경하지 않음.
$A\rightleftharpoons B$
In this closed A ⇌ B model, a catalyst changes how quickly equilibrium is reached, not its final composition.
정답: 1 발열 (연소), 흡열 (열분해), 발열 (중화); 2 $Q = 100 \times 4.2 \times 8.0 = 3360$ J 흡수됨 — 물이 식으므로 용해는 흡열; 3 (C) 양이온 결합 끊김 (흡열), 음이온 결합 형성 (발열); 4 끊어진: 2(436) + 498 = 1370; 형성된: 4(463) = 1852; ΔH = 1370 − 1852 = −482 kJ/mol (2 mol H₂O당); 5 분말은 표면적을 훨씬 더 많이 노출하므로 초당 산과의 충돌 횟수가 많음; 6 온도 — 입자가 더 빠르게 움직여 충돌 빈도가 많아지고 AND 활성화 에너지를 초과하는 충돌 횟수도 증가함; 7 속도를 높이지만 화학적으로는 끝까지 변화하지 않는 물질; 8 (C) 정반응 및 역반응 속도 동일; 모든 물질의 농도 일정; 9 (C) 오른쪽으로 이동 — 4 몰의 기체가 왼쪽에, 2 몰이 오른쪽에 있으므로 높은 압력은 몰 수가 적은 쪽을 선호함.
정답 계속: 10 (C) 정반응과 역반응의 활성화 에너리를 동일하게 낮추어 두 반응 속도를 모두 증가시키되, 그들의 균형은 유지됨.