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1[소방시설관리사 1차] 18년 1회차

1000 k에서 기체의 열용량 ( $C_p^{1,000\mathrm{K}},\ \dfrac{\mathrm{J}}{\mathrm{mol}\cdot\mathrm{K}}$ )이 가장 높은 물질에서 낮은 순서로 옳은 것은?

CO₂＞H₂O(g)＞N₂＞He

H₂O(g)＞CO₂＞N₂＞He

He＞CO₂＞H₂O(g)＞N₂

H₂O(g)＞He＞N₂＞CO₂

해설

1,000 K에서 정압 몰열용량 C_p는 CO₂ ＞ H₂O(g) ＞ N₂ ＞ He 순으로 크다.

몰열용량은 분자가 에너지를 나눠 담을 수 있는 자유도가 많을수록 커진다. 단원자 기체인 헬륨은 병진 자유도만 가져 온도와 무관하게 C_p = (5/2)R ≒ 20.8 J/(mol·K)로 가장 작다.

이원자 분자인 질소는 회전 자유도가 더해져 1,000 K에서 약 33 J/(mol·K), 삼원자 분자인 수증기는 약 41 J/(mol·K)이다. 같은 삼원자라도 이산화탄소는 고온에서 진동 자유도가 가장 많이 활성화되어 약 54 J/(mol·K)로 가장 크다.

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