화학반응 연료전지 반응열

소개글

화학반응 연료전지 반응열에 대한 보고서 자료입니다.

목차

14장 화확반응

14.1연료

14.2 연소과정

14.3형성 엔탈피

14.4 반응 시스템의 제 1법칙 해석

14.5 연소 엔탈피 및 연소 내부 에너지 : 반응열

14.6 단열 화염 온도

14.7 열역학 제 3법칙과 절대 엔트로피

14.8 반응 시스템의 제 2법칙 해석

14.9 연료전지

14.10 실제 연소 과정의 성능 평가

보조 설명

본문내용

물 또는 모든 생성물을 각각 적용한다.
따라서 열전달량을 측정하면 각각 기준 상태에 있는 반응물과 생성물의 엔탈피 차이를 알수 있다. 이제 기준 상태에서 모든 원소의 엔탈피 값을 0으로 지정하자. 이경우에 반응물의 엔탈피 값은 0이므로 다음을 얻는다.
온도 25℃,압력 0.1MPa 상태의 이상기체 이산화탄소의 엔탈피를 형성 엔탈피라고한다. 이를 기호 나타낸다. 따라서 이산화탄소의 경우에 형성 엔탈피는 다음과 같다.
임으이 온도와 압력에서 엔탈피 는 다음과 같다.
여기서항은 임의의 주어진 상태에서의 엔탈피와 298.15K,0.1MPa상태의 이상기체 엔탈피의 차를 나타낸다.
14.4 반응 시스템의 제 1법칙 해석
형성 엔탈피가 중요한 이유는 반응 시스템을 제 1법칙으로 해석할 때 아주 편리하게 쓰이기 때문이다. 서로 다른 물질의 엔탈피는 동일한 기준에 대한 상대적인 값이므로 더하거나 뺄 수 있다. 그러한 문제에서 정상상태 정상유동 과정에 대한 제 1법칙이다.
여기서 R과 P는 반응물과 생성물의 각각 지칭한다. 개개의 문제에서는 해의 기준을 결정할 필요가 있다. 일반적으로 1kmol의 연료를 기준으로 한다.
화학 반응이 동반되며 운동에너지와 위치 에너지의 변화를 무시할수 있는 정상상태 정상유동 과정에 제 1법칙을 적용하면 일반적으로 다음과 같이 쓸 수 있다.
실제 기체 혼합물의 경우라면, Kay의법칙, 즉 유사임계방법을 이용한다. 주어진 온도와 압력 상태에서 혼합물의 비이상기체 엔탈피 이탈을 구하고, 그 값에 같으 온도의 이상기체 혼합물 엔탈피를 더하여 혼합물의 엔탈피를 계산할 수도 있다.
14.5 연소 엔탈피 및 연소 내부 에너지 : 반응열
반응열이란 화학반응에 수반하여 방출 또는 흡수되는 열량으로 반응물과 생성물의 에너지 차이를 말한다. 반응물의 에너지보다 생성물의 에너지가 높으면 반응열이 흡수되는 흡열반응을 하고, 반응물의 에너지보다 생성물이ㅡ 에너지가 낮아지면 반응열이 방출되는 발열반응을 한다.
어떤 반응을 할 때 방출하거나 흡수되는 열로, 반응물의 에너지와 생성물의 에너지의 차이이다. 즉, 화학반응은 일반적으로 열의 출입을 수반하는데, 어떤 반응계가 화학반응에 수반하여 방출 또는 흡수하는 열을 말한다. 반응열이 방출될 때를 발열반응, 흡수될 때를 흡열반응이라고 한다. 보통 열화학반응식에서, 발열반응인 경우에는 우변에 양의 값으로 나타내고, 흡열반응인 경우에는 음의 값으로 나타낸다.
그러나 열역학적으로 생각할 때, 발열반응계의 열함유량은 내부에너지가 그만큼 감소한 것이므로, 반응열은 음이다. 예를 들면, 기체인 수소 2몰(㏖)과 산소 1몰이 반응하여 액체인 물 2몰을 생성할 때의 열화학방정식은,
2H2+O2→ 2H2O+136.634㎉
가 되는데,
2H2+O2→ 2H2O ΔH=－136.634㎉
라고 해도 된다.
일반적으로 반응열은 25℃, 1기압일 때 측정하기 때문에 정압)반응열이라고도 한다. 이에 대하여 일정한 부피에서 측정한 경우를 정적반응열이라고 한다. 또, 반응의 종류에 따라 연소열, 중화열, 생성열, 분해열, 용해열 등이 있다. 융해열, 승화열, 기화열, 증발열 등은 변환열에 해당된다.
내부 에너지는 물체가 지니고 있는 에너지 중에서 물체가 전체적으로 이동하거나 회전하기 위해서 갖는 운동에너지 이외의 물체 내부에 축적되는 에너지를 말한다.
열역학 제1법칙 E = Q - W에서 E는 내부에너지이다. 또 물체가 열을 받으면 그 양만큼 증가하고, 열을 잃으면 그 양만큼 감소한다. 즉 내부에너지의 증가는 받은 일과 얻은 열량의 합과 같다. 또한 내부에너지의 값은 물체의 상태에 따라 정해진다. 즉 물체의 압력·온도·부피 중 어느 두 값이 주어지면 결정된다. 특히 이상기체에서의 내부에너지는 온도만의 함수이다.
미시적으로 보면, 정지한 물체의 내부에너지는 물체를 구성하는 각 원자가 가지는 역학적 에너지(운동에너지와 위치에너지)의 총합과 같다. 열역학에서는 물체의 원자구조에는 관여하지 않고 내부에너지를 그대로 하나의 양으로 다룬다. 열역학 제1법칙의 특수한 경우로 4가지가 있다.
첫째, 단열과정이다. 열역학 제1법칙 E = Q - W에서 Q = 0인 경우이다. 즉 외부로부터 열의 출입이 없는 경우이다. 그러면 E = -W가된다. 이는 외부와 열에너지 전달이 일어나지 않는 과정이다. 계(System)가 일을 하면 내부에너지는 그만큼 감소하고, 반대로 계가 외부로부터 일을 받으면 내부에너지는 그만큼 증가한다.
둘째, 등적과정이다. 열역학 제1법칙 E = Q - W에서 W = 0인 경우이다. 즉 부피가 일정하다. 계가 열을 흡수하면 계의 내부에너지는 증가하고 반대로 열을 잃으면 내부에너지가 감소한다.
셋째, 순환과정이다. 열역학 제1법칙 E = Q - W에서 E = 0인 경우이다. 그러면 Q = W가된다. 즉 내부에너지는 변하지 않는다. 순환과정 동안 알짜일은 열의 형태로 전달된 알짜에너지와 정확히 같고 계의 내부에너지는 변하지 않는다.
넷째, 자유팽창이다. 열역학 제1법칙 E = Q - W에서 Q = W = 0인 경우이다. 그러면 E = 0이 된다. 자유팽창은 계와 주위 사이에 열전달이 없고, 계가 일도 하지 않는 단열 과정이다. 자유팽창 그림에서 잠금마개가 열리면 기체는 자유팽창을 하여 양쪽 공간을 모두 채운다. 이때 두 공간은 단열되어 있으므로 외부와 열전달은 없다. 그리고 기체가 아무 압력도 받지 않고 진공으로 들어가므로 일도 없다
연소 엔탈피는 주어진 온도와 압력 하에서 완전 연소가 이루어질 때, 생성물의 엔탈피와 반응물의 엔탈피의 차로서 다음과 같이 정의한다.
연소 엔탈피는 연료 1kg당 또는 연료 1kmol당 등과 같이 연료 단위 질량당 값으로 보통 표현한다.
형성 엔탈피는 그 값이 확정된 것이므로 항을 다음과 같이 분리한다.
엔탈피 차는 다음과 같이 쓸수 있다.
이는 기준 연소 엔탈피 와 두 개의 이탈항 와 으로 구성된다. 뒤의 두항은 상태가 기준 상태와 다르다면 0이 되지 않는다.
연소 내부 에너지도 유산한 방식으로 다음과 같이 정의한다.
기체 상태의 구성 서웁 sahen를 이상기체로 볼 수있고, 액체 상태 및 고체 상태의 구성 성분의 체적이 기체 상태

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화학반응,   연료전지,   반응열