ヘスの法則（定義・反応エンタルピーの計算問題の解き方）

はじめに

このページでは『ヘスの法則（定義・反応エンタルピーの計算問題の解き方）』について解説しています。

ヘスの法則（総熱量保存の法則）

• 反応エンタルピー（ΔH）は一般に測定により求められるが、反応によっては測定が困難な場合がある。
• そのような場合、ヘスの法則（総熱量保存の法則）を利用して反応エンタルピーを計算で導き出す。

ヘスの法則とは

• 「化学変化に伴う反応エンタルピーは、反応前後の状態で決まり、反応経路によって変化しない」これがヘスの法則である。
• つまり、反応エンタルピーは”最初と最後の状態だけで決まる”ということである。
• 例えば、「A→B ΔH=QkJ」という熱化学反応式の反応エンタルピーQを求めたいが、測定が困難である場合を考える。

• このとき、CからA、CからBに変化するときに出入りする反応エンタルピー Q₁、Q₂を用いて次のように表すことができる。

• ヘスの法則より、Q₁とQを足したものがQ₂となるため、この関係を利用してQを求めるわけである。

ヘスの法則の利用

• ヘスの法則を利用できる実例を紹介する。
• 「❶炭素C（黒鉛）と酸素O₂から一酸化炭素COを生じる反応の反応エンタルピー（COの生成エンタルピー）」は、二酸化炭素CO₂を生じる副反応が同時に起こるため、直接測定することが難しい。

\[ \mathrm{C（黒鉛）＋\frac{ 1 }{ 2 }O_{2}（気）\longrightarrow CO（気）~~~ΔH=QkJ・・・\color{red}{❶}} \]

• そこで、測定することが可能な「❷C（黒鉛）の燃焼エンタルピー」と「❸COの燃焼エンタルピー」を用いることにより、間接的にCOの生成エンタルピーを求めることができる。

\[ \begin{align}
&\mathrm{C（黒鉛）＋O_{2}（気）\longrightarrow CO_{2}（気）}~~~ΔH= -394\mathrm{kJ} ・・・\color{orange}{❷}\\
&\mathrm{CO（気）＋\frac{ 1 }{ 2 }O_{2}（気）\longrightarrow CO_{2}（気）}~~~ΔH= -283\mathrm{kJ}・・・\color{green}{❸}
\end{align}\]

• ❶❷❸のエンタルピーをエンタルピー図で表現すると次のようになる。

• ヘスの法則より、❶＝❷ー❸のため、❶は次のように求めることができる。

\[ \begin{align}
\color{red}{❶}&=\color{orange}{❷}-\color{green}{❸}\\
&=-394-(-283)\\
&=-111~\mathrm{kJ}
\end{align}\]

• よって、COの生成エンタルピーΔHは、ー111kJ/mol である。