反応熱・エンタルピー・熱化学反応式（図解・比熱の計算など）

反応エンタルピーの種類

• 反応エンタルピーには、いくつか種類が存在する。

燃焼エンタルピー

• 1molの物質が完全燃焼するときの発熱量を燃焼エンタルピーという。

ex）炭素C（黒鉛）の燃焼エンタルピー

\[ \mathrm{C（黒鉛）+O_{2}（気）\longrightarrow CO_{2}（気）}~~~ΔH = -394\mathrm{kJ} \]

元素に同素体が存在する場合は、その名称を記載しましょう。例えば炭素の場合、C（黒鉛）、C（ダイヤモンド）のようになります。
参考：同素体・同位体（違い・例・硫黄・炭素・酸素・リンなど）

生成エンタルピー

• 1molの化合物が、成分元素の単体から生成するときの発熱量および吸熱量を生成エンタルピーという。

ex）水H₂O（液）の生成エンタルピー

\[ \mathrm{H_{2}（気）+ \frac{ 1 }{ 2 }O_{2} \longrightarrow H_{2}O（液）}~~~ΔH = -286\mathrm{kJ} \]

溶解エンタルピー

• 1molの物質が多量の水に溶解したときの発熱量および吸熱量を溶解エンタルピーという。

ex）水酸化ナトリウムNaOH（固）の溶解エンタルピー

\[ \mathrm{NaOH（固）+aq \longrightarrow NaOHaq}~~~ΔH= -44.5\mathrm{kJ} \]

“aq”とは、ラテン語の”aqua（アクア：水）”の略語です。化学や化学基礎で”aq”と書かれている場合は、”大量の水”を指します。例えば”NaOHaq”は”ごく薄い水酸化ナトリウム水溶液”のことです。

参考：【定義】水に溶ける（溶解する）とは一体どういう現象なのか図を用いて解説！

中和エンタルピー

• 酸と塩基の中和反応が起こり、1molの水が生じるときの発熱量を中和エンタルピーという。

ex）水酸化ナトリウムNaOH水溶液と塩酸HClの中和反応の中和エンタルピー

\[ \mathrm{NaOHaq+HClaq \longrightarrow NaClaq+H_{2}O（液）}~~~ΔH = -56.5\mathrm{kJ} \]

参考：中和（定義・塩・中和反応式の作り方など）

反応エンタルピーの測定（比熱の計算）

• 反応エンタルピーの測定は、外部との熱の出入りがない断熱容器（熱量計）内で行う。
• 熱量は次の公式により求めることができる。

熱量〔J〕=質量〔g〕× 比熱〔J/(g・K)〕× 温度変化〔K〕

• 熱量の求め方について例題を用いて解説する。

例題1

• 温度が低下しているため、この反応は吸熱反応である。
• 問題文で与えられている値を先述の公式に代入する。

\[ \begin{align}熱量〔\mathrm{J}〕&= 質量〔\mathrm{g}〕× 比熱〔\mathrm{J/(g・K)}〕× 温度変化〔\mathrm{K}〕\\
\leftrightarrow 熱量〔\mathrm{kJ}〕&= 質量〔\mathrm{g}〕× 比熱〔\mathrm{kJ/(g・K)}〕× 温度変化〔\mathrm{K}〕\\
&=（\underbrace{2.0~\mathrm{g}}
_{\mathrm{KNO_{3}}}
+
\underbrace{98~\mathrm{g}}
_{\mathrm{H_{2}O}}）
×4.1×10^{-3}~\mathrm{kJ/(g・K)}×1.7~\mathrm{K}\\
&=0.697~\mathrm{kJ}
\end{align} \]

• この値を用いて、KNO₃ 1 mol あたりの吸熱量は次のように求めることができる。

\[ \begin{align}
&\frac{0.697~\mathrm{kJ}}{\frac{2.0~\mathrm{g}}{101~\mathrm{g/mol}}}\\
&=0.697~\mathrm{kJ}×\frac{101~\mathrm{g/mol}}{2.0~\mathrm{g}}\\
&\fallingdotseq 35~\mathrm{kJ/mol}
\end{align} \]

• 以上より、熱化学反応式は次のようになる。

\[ \mathrm{KNO_{3}（固）+H_{2}O（液）\longrightarrow KNO_{3}aq}~~~ΔH = 35\mathrm{kJ} \]

例題2

（１）

• 問題文より、ΔH=ー394 kJ のため、C（黒鉛）1 mol が完全燃焼した際の発熱量は394kJである。
• C 1 mol の質量は次の通りである。

\[ \mathrm{12~g/mol×1~mol=12~g} \]

• したがって、24gの黒鉛が完全燃焼したときの発熱量〔kJ〕は次のように求めることができる。

\[ \begin{align}&394~\mathrm{kJ}×\frac{24~\mathrm{g}}{12~\mathrm{g}} \\
&=788~\mathrm{kJ}
\end{align}\]

（２）

• 問題文で与えられている値を先述の公式に代入する。

\[ \begin{align}&熱量〔\mathrm{J}〕= 質量〔\mathrm{g}〕× 比熱〔\mathrm{J/(g・K)}〕× 温度変化〔\mathrm{K}〕\\
&\leftrightarrow788×10^{3}~\mathrm{J}= 20×10^{3}~\mathrm{g}×4.2~\mathrm{J/(g・K)}×t~\mathrm{K}\\
&\leftrightarrow t \fallingdotseq 9.4~\mathrm{K}
\end{align} \]