化学物質の状態・構成・変化理科

5分でわかる化学変化と熱!物質が変化する時に必ず伴う熱の出入りについて元研究員が解説

問題 黒鉛と酸素(気体)から一酸化炭素(気体)を生成した時の生成熱を 110 kJ 、一酸化炭素(気体)を燃焼して二酸化炭素(気体)を生成した時の燃焼熱を 283 kJ とするとき、二酸化炭素(気体)1 mol あたりの生成熱を答えましょう。

解き方

(1)まず黒鉛(C)と酸素(O2・気体)から一酸化炭素(CO・気体)が生成する化学反応式を書きましょう。C(黒鉛)+ 1/2 O2(気) → CO(気)

次に一酸化炭素(CO・気体)を燃焼して、二酸化炭素(CO2・気体)を生成した時の化学反応式を書きましょう。 CO(気)+ 1/2 O2(気)→ CO2(気)

(2)二酸化炭素が生成する時の化学反応式を書きましょう。 C(黒鉛)+ O2(気) → CO2(気)

(3)エネルギーが大きい物質ほど上に、エネルギーが小さい物質ほど下に並べてみましょう。

単体   C(黒鉛) + O2(気)

      ↑↓ 110 kJ

化合物  CO(気) + 1/2 O2(気)

      ↑↓ 283 kJ

完全燃焼 CO2(気)

二酸化炭素の生成熱は、黒鉛と酸素から一酸化炭素を経由して二酸化炭素を生成した時のエネルギーと同じになるので、110 + 283 = 393 kJ となります。

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エネルギー図は難しい部分もあるが、結合エネルギーを理解する時にも用いることのできる方法だ。練習してうまく使えるようになると、エネルギー差の問題も怖くなくなるぞ。

化学変化と物理変化には熱の出入りが必ず伴う

化学反応には熱の出入りが伴い、熱を放出する(熱くなる)反応を発熱反応外部から熱を吸収する(冷たくなる)反応を吸熱反応と呼びます。熱量の単位は kJ(キロジュール)です。

化学反応に限らず気化や融解などの物理変化でも熱の出入りは必ず伴います。という事は、化学反応とエネルギーについて考える時は、物質の状態固体なのか液体なのか気体なのかということも、明確にしておかなければなりません。

化学反応におけるエンタルピー変化(エネルギー差)は、反応経路によらず一定であり、どのような経路を取ったかは無関係であるというヘスの法則は重要なので覚えておきましょう。

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wing1982