화학반응에서 열의 출입 측정하기_실험편

📚 화학Ⅰ / Ⅳ. 역동적인 화학반응 / 6. 화학반응과 열의 출입
[12화학Ⅰ 04-06] 화학반응에서 열의 출입을 측정하는 실험을 수행할 수 있다.
📚 화학Ⅱ / Ⅱ. 반응 엔탈피와 화학 평형 / 1. 화학반응과 열의 출입
[12화학Ⅱ02-01] 열화학 반응식을 엔탈피를 이용하여 표현할 수 있다
화학반응에서 열의 출입 측정하기 이론편 : https://ssati.tistory.com/19

 

🧪 실험목표

 

  시중에 판매되고 있는 과자들은 대부분 탄수화물과 각종 유탕 기법으로 만들어진 것이 대부분이라 열량이 매우 높은 음식이다. 과자 봉지 뒷면에 한 봉지의 과자를 먹었을 때 섭취할 수 있는 열량이 적혀져 있긴 하지만, 실험을 통해 그 열량을 측정해 보고, 과장 한 봉지로 라면을 끓일 수 있을 만큼 물을 가열할 수 있을지 계산해보자.

 

🧪 준비물

 

과자 한 봉지, 알류미늄 캔, 스탠드, 전자저울, 유리막대, 클램프, 링, 미니금속컵, 라이터, 바람막이, 계산기,

눈금 실린더 100mL, 온도계, 소화기

 

🧪 실험방법

 

1. 준비된 여러 종류의 과자 중 하나를 선택한다.

 

※ 과자명 : 새우깡

※ 과자 한 봉지의 총 질량 : 90 g

2. 과자 5 g을 전자저울로 정확히 재어 금속컵(또는 증발접시에 알루미늄호일 씌워 사용) 안에 담는다.

3. 알루미늄 캔의 내용물을 비운 뒤 내부를 깨끗이 씻은 뒤 질량을 측정한다.

4. 알루미늄 캔에 끓지 않을 정도의 물을 담는다.

 

※ 알루미늄 캔의 질량 : 10 g

※ 물의 질량 : 100 g

 

 

5. 바람막이를 주변에 설치하고 처음 물의 온도를 측정한다.

6. 과자를 연소시키며 그 불로 알루미늄 캔과 물을 가열한다.

7. 과자에 불이 꺼지고, 온도가 더는 변하지 않으면 그때 최종 온도를 기록한다.

 

※ 물의 처음 온도 : 21 ℃

※ 물의 최종 온도 : 87 ℃

※ 물의 온도 변화(∆t) : 87 - 21 = 66 ℃

 

 

8. 과자 1 g을 연소시켰을 때 나오는 열량을 측정하여 과자 한 봉지의 총열량을 계산한다.

 

연소 된 과자의 열량(cal) = [물의 열용량(cal/℃) + 캔의 열용량(cal/℃)] × 물의 온도 변화(∆t)

 

* 물 비열 : 1 cal/g·℃ , 알루미늄 비열 : 0.215 cal/g·℃

 

→ 과자 1g당 열량(cal/g) = 연소 된 음식물의 열량(cal) / 연소한 재료의 질량(g)

 

✔ 과자 한 봉지의 총 열량

 

연소된 과자의 열량(cal)

= [( 1 cal/g·℃ × 150 g ) + ( 0.215 cal/g·℃ × 10 g )] × 66 ℃

= ( 150 + 2.15 ) × 66 = 10041.9 cal

 

과자 1 g 당 열량(cal/g)

= 10041.9 cal / 5 g = 2008.38 cal/g

 

과자 1봉지(90g)의 열량

= 2008.38 cal/g × 90 g = 180754.2 cal = 180.8 kcal

 

✔ 실제 과자 봉지에 적힌 총 열량 : 90 g에 450 kcal

 

라면 한 봉지를 끓이기 위해서는 얼마의 열량이 필요할까?

 

📌 물의 처음 온도는 20 ℃, 필요한 물의 양은 500 mL, 물의 비열은 1.0 cal/g·℃, 물의 기화열은 540 cal/g, 물이 끓고난 후 면을 넣고 100 mL의 물이 기화할 때까지 가열한다고 가정한다. (면의 질량은 무시한다, 물의 밀도는 1 g/mL)

 

물이 끓을때 까지 필요한 열량

= (1.0 cal/g·℃ × 500 mL × 1 g/mL) × (100 ℃ - 20 ℃)

= 40000 cal = 40 kcal

 

100 mL 의 물이 기화할 때까지 필요한 열량

= (100 mL × 1 g/mL) × 540 cal/g

= 54000 cal = 54 kcal

 

따라서, 라면 한 봉지를 끓이는데 필요한 총 열량은 94 kcal 이다.

냄비의 열용량 및 손실되는 열량을 고려해도 과자 1봉지로 라면을 끓일 수 있다.