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다음은 암모니아 합성에 대한 화학 반응식이다. 25℃에서의 NH3(g)… | [변리사 1차] 14년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[변리사 1차] 14년 1회차

다음은 암모니아 합성에 대한 화학 반응식이다. 25℃에서의 NH3(g)의 표준 생성 엔탈피(ΔHf°)와 표준 생성 자유 에너지(ΔGf°)는 각각 -46 kJ/mol, -16 kJ/mol 이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

N2(g)  +  3H2(g)  ⇌  2NH3(g)\mathrm{N_2(g)\;+\;3H_2(g)\;\rightleftharpoons\;2NH_3(g)}

1
25℃, 표준 상태에서 정반응은 발열 반응이다.
2
25℃, 표준 상태에서 반응의 평형상수는 1 보다 작다.
3
온도가 올라갈수록 반응의 평형상수는 감소한다.
4
25℃, 표준 상태에서 정반응은 자발적이다.
5
25℃, 표준 상태에서 정반응의 엔트로피는 감소한다.
해설

표준 자유 에너지 변화가 음수이므로 평형상수는 1보다 크다 — 1보다 작다는 설명이 옳지 않다.

반응식 N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)\mathrm{N_2(g)+3H_2(g)\rightleftharpoons 2NH_3(g)}에서 반응물은 홑원소 물질이라 생성 엔탈피·생성 자유 에너지가 0이므로, ΔH∘=2×(−46)=−92 kJ\Delta H^\circ = 2\times(-46)=-92\,\mathrm{kJ}, ΔG∘=2×(−16)=−32 kJ\Delta G^\circ = 2\times(-16)=-32\,\mathrm{kJ}이다.

ΔG∘=−RTln⁡K\Delta G^\circ=-RT\ln K이므로 ΔG∘<0\Delta G^\circ < 0이면 ln⁡K>0\ln K > 0, 즉 K>1K > 1이 된다.

나머지는 모두 옳다. ΔH∘<0\Delta H^\circ < 0이라 정반응은 발열이고 온도를 올리면 K가 작아지며, ΔG∘<0\Delta G^\circ < 0이라 정반응은 자발적이다. 엔트로피는 ΔS∘=ΔH∘−ΔG∘T=−92−(−32)298≈−0.20 kJ/K\Delta S^\circ=\dfrac{\Delta H^\circ-\Delta G^\circ}{T}=\dfrac{-92-(-32)}{298}\approx-0.20\,\mathrm{kJ/K}로 감소한다(기체 4몰 → 2몰).

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