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1[7급 국가직 화공열역학] 23년 1회차

부피가 일정한 닫힌계 반응기에서 1 mol의 일산화탄소(CO) 가스와 2 mol의 수소(H₂) 가스를 반응시켜 1 mol의 메탄올(CH₃OH) 가스를 합성한다. 1,000 K, 1 bar에서 이 반응에 대한 반응 엔탈피는 －103 kJ이다. 반응이 1,000 K의 일정한 온도에서 일어난다면, 이 과정 동안에 전달되는 열( $|Q|$ )[kJ]은? (단, 반응물과 생성물은 모두 이상기체로 간주하고, 관련된 일은 없으며, 기체상수  $R$ 는 8 J mol^-1 K^-1이다)

해설

전달되는 열의 크기는 87 kJ이다.
정적 닫힌계에서 일이 없으므로  $Q=\Delta U$ 이고, 이상기체에서  $\Delta U=\Delta H-\Delta n\,RT$ 이다.
반응  $\mathrm{CO+2H_2\rightarrow CH_3OH}$ 에서  $\Delta n=1-3=-2$ 이다.
 $\Delta U=-103-(-2)(8)(1000)\times10^{-3}=-103+16=-87\ \mathrm{kJ}$ 
반응 엔탈피를 그대로 쓰면 정압 과정의 열이 되어 정적 조건과 맞지 않는다.
 $\Delta n\,RT$ 의 부호를 거꾸로 적용하면 119가 나온다.

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