thermochemical-equation

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化学結合や状態にに由来する物質固有のエネルギー}} \\[.2zh] 化学反応に伴って放出または吸収される熱量}{化学反応式に反応熱も加えて等号で結んだエネルギーに関する等式}}      \rei\ \ \textcolor{cyan}{1\,mol}の水素の燃焼熱       \rei\ \ \textcolor{cyan}{1\,mol}の黒鉛の燃焼熱    ・基本となるのは化学反応式である. \ce{2H2 + O2 – 2H2O} \\[.2zh]   ・他の物質の係数を分数にしてでも\textbf{\textcolor{red}{着目物質の係数を1}}にする. \\[.2zh]   ・右辺に熱量(単位kJ)を書き,\ 等号で結ぶ.\ \textbf{\textcolor{red}{発熱ならば$\bm{+}$,\ 吸熱ならば$\bm{-}$}}をつける. \\[.2zh]   ・物質の状態を\textbf{\textcolor[named]{ForestGreen}{「(固)」「(液)」「(気)」と明記}}する. \\[.2zh]   ・同素体が存在する物質は最もエネルギーが低い安定な同素体を示す.  \rei\ \ \ce{C}\,(黒鉛) \\\\\\ 熱を外部に放出する反応}}   \ce{C + O2 = CO2} + 394\,kJ \\[.2zh] 熱を外部から吸収する反応}}  $\ce{C + H2O = CO + H2} – 131$\,kJ \\\\\\ 反応熱は\bm{25℃,\ 1.013\times10^5\,\text{\textbf{Pa}}\,(1\text{\textbf{atm}})\,における着目物質1\,\text{\textbf{mol}}当たりの熱量(\text{\textbf{kJ/mol}})}である. \\[1zh] \bm{化学反応前の物質を反応物,\ 化学反応後の物質を生成物}という. \\[.2zh] 熱化学方程式は次のような形式で書かれたエネルギーに関する等式である. \\[.2zh] \bm{(反応物の化学エネルギーの総和)=(生成物の化学エネルギーの総和)+(反応熱)} \\[.2zh] 「(気)」などは\ce{H2}\,のように状態が明らかならば省略されうる.\ なお,\ \ce{H2O}は必ず明記する. \\[.2zh] 反応熱は「394\text{kJ/mol}」などと表すが,\ 熱化学方程式中では「\text{/mol}」をつけないことに注意. \\[1zh] \bm{各物質がもつエネルギーの相対的な大小関係}を示した図が\bm{エネルギー図}である. \\[.2zh] 生成物のエネルギーが反応物のエネルギーより低い場合,\ その差の熱が外部に放出される. \\[.2zh] 生成物のエネルギーが反応物のエネルギーより高い場合,\ その差の熱を外部から吸収する. \\[.2zh] 熱化学方程式\,→\,エネルギー図,\ エネルギー図\,→\,熱化学方程式の両方を行えなければならない. \\[.2zh] \pm,\ 前後関係,\ 上下関係が紛らわしく,\ 正しく書けない人が多いのでよく演習しておいてほしい.   \textbf{\textcolor{blue}{燃焼熱}} \ \ \,\textbf{\textcolor{red}{1molの物質が完全燃焼}}するときに\textbf{\textcolor{red}{発生する熱量}}. \\[.2zh]        \textbf{\textcolor[named]{ForestGreen}{必ず発熱反応}}であるから,\ 符号をつけずに表す. \\[1zh]     \rei\ \ エタン\ce{C2H6}\,(気)の燃焼熱  \textcolor{red}{1560\,kJ/mol} \\[.2zh]      \ \ 熱化学方程式 $\textcolor{red}{\ce{C2H6}}\,\ce{ (気) + \bunsuu{\ce{7}}{\ce{2}} O2\,(気) = 2CO2\,(気) + 3H2O\,(液)} + \textcolor{red}{1560}$\,\textcolor{red}{kJ} \\\\\\   \textbf{\textcolor{blue}{生成熱}}  \textbf{\textcolor{cyan}{単体}から\textcolor{red}{1molの物質を生成}}するときに\textbf{\textcolor{red}{出入りする熱量}}. \\[.2zh]        \textbf{\textcolor{cyan}{左辺は必ず単体}}である.\ なお, \textbf{\textcolor{magenta}{単体の生成熱は0\,kJ}}\,とする. \\[.2zh]        発熱反応ならば符号をつけず,\ \textbf{\textcolor[named]{ForestGreen}{吸熱反応ならば$-$をつけて表す}}. \\[1zh]     \rei\ \ 二酸化炭素\ce{CO2}\,(気)の生成熱  \textcolor{red}{394\,kJ/mol} \\[.2zh]      \ \ 熱化学方程式 $\ce{C\,(黒鉛) + O2\,(気)} = \textcolor{red}{\ce{CO2}}\,(気) + \textcolor{red}{394}$\,\textcolor{red}{kJ} \\[1zh]     \rei\ \ エチレン\ce{C2H4}\,(気)の生成熱  \textcolor{red}{$-\,52$\,kJ/mol} \\[.2zh]      \ \ 熱化学方程式 $\ce{2C\,(黒鉛) + 2H2\,(気)} = \textcolor{red}{\ce{C2H4}}\,(気)\,\textcolor{red}{-\,52}$\,\textcolor{red}{kJ} \\\\\\   \textbf{\textcolor{blue}{中和熱}}  \textbf{\textcolor{cyan}{酸と塩基の中和反応}}により, \textbf{\textcolor{red}{1molの水が生成}}するときに\textbf{\textcolor{red}{発生する熱量}}. \\[.2zh]        \textbf{\textcolor{magenta}{強酸と強塩基}}の希薄溶液の中和熱は, \textbf{\textcolor{magenta}{酸と塩基の種類によらず約56\,\ce{kJ}}}である. \\[.2zh]        \textbf{\textcolor[named]{ForestGreen}{必ず発熱反応}}であるから,\ 符号をつけずに表す. \\[1zh]     \rei\ \ 塩酸と水酸化ナトリウム水溶液の中和熱  \textcolor{red}{56.5\,kJ} \\[.2zh]      \ \ 熱化学方程式 $\ce{HCl}\,\text{aq} + \ce{NaOH}\,\text{aq} = \ce{NaCl}\,\text{aq} + \textcolor{red}{\ce{H2O}}\,(液) + \textcolor{red}{56.5}$\,\textcolor{red}{kJ} \\\\\\   \textbf{\textcolor{blue}{溶解熱}}  \textbf{\textcolor{red}{1molの物質が多量の溶媒に溶解}}するとき\textbf{\textcolor{red}{出入する熱量}}. \\[.2zh]        発熱反応ならば符号をつけず,\ \textbf{\textcolor[named]{ForestGreen}{吸熱反応ならば$-$をつけて表す}}. \\[1zh]     \rei\ \ 水酸化ナトリウム(固)の水への溶解熱  \textcolor{red}{44.5\,kJ/mol} \\[.2zh]      \ \ 熱化学方程式 $\textcolor{red}{\ce{NaOH}\,(固)} + \text{aq} = \ce{NaOH}\,\text{aq} + \textcolor{red}{44.5}$\,\textcolor{red}{kJ} \\[1zh]     \rei\ \ 硝酸カリウム(固)の水への溶解熱  \textcolor{red}{$-\,34.9$\,kJ/mol} \\[.2zh]    状態変化による熱}} \\[1zh]    \textbf{\textcolor{blue}{融解熱}}  \textbf{\textcolor[named]{ForestGreen}{1\,mol\,の物質(固体)}}が\textbf{\textcolor{red}{融解}}して\textbf{\textcolor{cyan}{液体}}になるときに\textbf{\textcolor{red}{吸収する熱量}}. \\[.2zh]    \textbf{\textcolor{blue}{蒸発熱}}  \textbf{\textcolor{cyan}{1\,mol\,の物質(液体)}}が\textbf{\textcolor{red}{蒸発}}して\textbf{\textcolor{orange}{気体}}になるときに\textbf{\textcolor{red}{吸収する熱量}}. \\[.2zh]    \textbf{\textcolor{blue}{昇華熱}}  \textbf{\textcolor[named]{ForestGreen}{1\,mol\,の物質(固体)}}が\textbf{\textcolor{red}{昇華}}して\textbf{\textcolor{orange}{気体}}になるときに\textbf{\textcolor{red}{吸収する熱量}}. \\[.2zh]    \textbf{\textcolor{blue}{凝縮熱}}  \textbf{\textcolor{orange}{1\,mol\,の物質(気体)}}が\textbf{\textcolor{red}{凝縮}}して\textbf{\textcolor{cyan}{液体}}になるときに\textbf{\textcolor{red}{発生する熱量}}. \\[.2zh]    \textbf{\textcolor{blue}{凝固熱}}  \textbf{\textcolor{cyan}{1\,mol\,の物質(液体)}}が\textbf{\textcolor{red}{凝固}}して\textbf{\textcolor[named]{ForestGreen}{固体}}になるときに\textbf{\textcolor{red}{発生する熱量}}. \\\\    発熱か吸熱かは,\ 「エネルギーの大きさ\ $\bm{\textcolor{red}{気体液体固体}}$」から明らかである. \\[.2zh]    よって,\ \textbf{\textcolor{red}{いずれの熱も符号を付けずに表す}}.\ 熱化学方程式を書くときは符号に注意. \\\\     \rei\ \ 水(固体)の融解熱 6.0\,kJ/mol       \rei\ \ 水(液体)の蒸発熱 \ \,44\,kJ/mol       \rei\ \ 水(固体)の昇華熱 \ \,50\,kJ/mol        \rei\ \ 水(気体)の凝縮熱 \ \,44\,kJ/mol       \rei\ \ 水(液体)の凝固熱 6.0\,kJ/mol   \ce{C},\ \ce{H},\ \ce{O}からなる物質を完全燃焼させると必ず\bm{\ce{CO2}\,と\ce{H2O}が生成}することは覚えておく. \\[.2zh] \ce{C}\,(黒鉛)+ \bunsuu12\ce{O2}\,(気)=\ce{CO}\,(気)+111\,\text{kJ}\ は不完全燃焼なので,\ \ce{C}の燃焼熱ではない. \\[1.5zh] \ce{CO}\,(気) + \bunsuu{\ce{1}}{\ce{2}}\ce{O2}\,(気) =\ce{CO2}\,(気)+283\,\text{kJ}\ の左辺は単体ではないので,\ \ce{CO2}\,の生成熱ではない. \\[.4zh] 二酸化炭素の生成熱\ \ce{C\,(黒鉛) + O2\,(気) = CO2\,(気)} + 394\,\text{kJ}\ は\ce{C}\,(黒鉛)の燃焼熱でもある. \\[1zh] 強酸と強塩基ならば種類によらず\ \ce{H+}+\ce{OH-}=\ce{H2O}\,(液)+56.5\,\text{kJ}\ がおこるにすぎない. \\[.2zh] 弱酸・弱塩基は電離しにくいため,\ 電離させるために一部の熱量が消費される. \\[.2zh] よって,\ その分強酸・強塩基よりも放出される熱量(発熱)が小さくなる. \\[1zh] 溶解はただ混じり合うだけなので厳密には化学反応ではない. \\[.2zh] ただし,\ 溶解の際にも熱量が出入りするので,\ 反応熱と同様に扱われる. \\[.2zh] 水と化学反応するわけではないので,\ \ce{NaOH + H2O}\ などと書いてはいけない. \\[.2zh] あくまでも\ce{NaOH}が水に溶けて混じりあうにすぎないのである. \\[.2zh] よって,\ 多量の水を意味する\text{aqua}(アクア)の\text{aq}を書く. \\[1zh] 状態変化も物質そのものは変化しないので化学反応とはいえないが反応熱と同様に扱われる. \\[.2zh] 一部の結合が残る固体\,→\,液体に対し,\ 完全に結合を切る液体\,→\,気体は大きなエネルギーを要する. 発熱反応や吸熱反応を利用した身の回りの製品}} \\[1zh]   \textbf{\textcolor{blue}{化学カイロ(携帯カイロ)}発熱パック}(\textcolor{magenta}{発熱反応}冷却パック}(\textcolor{cyan}{吸熱反応})} 化学カイロは鉄が酸化するときの発熱を利用した製品である. \\[.2zh] この反応は速度が遅く継続的に進行するため,\ 携帯カイロとして利用できるのである. \\[.2zh] 弁当などに付属する発熱パックは,\ 反応速度が速い酸化カルシウムと水の反応の発熱を利用している. \\[.2zh] 冷却パックは,\ 硝酸アンモニウム\ce{NH4NO3}\,や尿素\ce{CO(NH2)2}\,の水への溶解(吸熱)を利用している. \hspace{.5zw} (1)\ \ エタノール\ce{C2H5OH}\,の生成熱は277\,kJ\,である. \\[.5zh] \hspace{.5zw} (2)\ \ 標準状態で5.6\,L\,のプロパン\ce{C3H8}\,が完全燃焼すると555\,kJ\,の熱が生じた. \\[.5zh] \hspace{.5zw} (3)\ \ 0.10\,mol/L\,の希硫酸500\,mL\,が多量の水に溶解すると 4.8\,kJの熱が生じた. 2C\,(黒鉛) + 3H2\,(気)} + \bunsuu{\ce{1}}{\ce{2}}\ce{O2}\,(気) = \ce{C2H5OH}\,(液)+277}$\,\textbf{kJ} \\\\[.5zh]   (2)\ \ $\textcolor{red}{\bunsuu{555\ \text{kJ}}{\bunsuu{5.6\,\text{L}}{22.4\,\text{mol/L}}}}=2220=2.2\times10^3$\,kJ/mol \\[.5zh] \centerline{$\therefore \bm{\ce{C3H8\,(気) + 5O2\,(気) = 3CO2\,(気) + 4H2O\,(液)}+2.2\times10^3}$\,\textbf{kJ}} \\\\[.5zh] (1)\ \ 生成熱であるから\bm{左辺は単体}(\ce{C},\ \ce{H2},\ \ce{O2})にしなければならない. \\[.2zh] \phantom{(1)}\ \ また,\ 着目物質であるエタノールの係数を1にする点に注意する. \\[1zh] (2)\ \ 熱化学方程式における熱量は\textbf{1\,\text{mol}あたりの熱量}であるから,\ まずこれを求める. \phantom{(1)}\ \ \bunsuu14\,\text{mol}\,のプロパンで555\,\text{kJ}\,の発熱が生じるから,\ 1\,\text{mol}\,では4倍の2220\,\text{kJ}の発熱となる. \\[.4zh] \phantom{(1)}\ \ \bunsuu14\,\text{mol}:555\,\text{kJ}=1\,\text{mol}:x\,\text{[kJ]}\ を計算したわけである.\ 問題に合わせて有効数字2桁で答える. \\[.2zh] \phantom{(1)}\ \ 当然,\ 着目物質であるプロパン\ce{C3H8}\,の係数を1とする. の溶解で生じる熱量であるから,\ 1\,\text{mol}あたりの熱量に換算する.\