高校化学「エネルギー図・ヘスの法則を使った計算の解き方」完全マスター講座!!

熱化学で出てくる計算の種類

熱化学の計算は3パターン
Point!

熱化学で扱う計算は主に三種類。

【パターン1】

複数の熱化学方程式が与えられている場合

【パターン2】

比熱が与えられている場合

【パターン3】

結合エネルギーが与えられている場合

この3種類のうち、今回は「結合エネルギーが与えられている場合の計算(ヘスの法則やエネルギー図を使用)」に絞って説明していこうと思う。
もし複数の熱化学方程式が与えられている場合や比熱が与えられている場合の計算について知りたかったら高校化学「複数の熱化学方程式を使った計算」完全マスター講座!!高校化学「比熱を使った計算の解き方」完全マスター講座!!を見てみてね!


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結合エネルギーが与えられている場合

STEP1 求める反応熱をQkJとし、それを含む熱化学方程式を書く
STEP2 STEP1で作った式を元に、エネルギー図を書く。また、問題で他に熱化学方程式が与えられている場合はその情報も書き込む
STEP3 図に書き込んだ分子(化合物)を「バラバラ」の状態にし、エネルギー図の上の位置に書く
STEP4 それぞれの結合を切るために必要なエネルギーを書き込む
STEP5 ヘスの法則を利用して方程式を作成し、それを解く
Point!

例題を用いて説明しよう。

問題

塩化水素HClの生成熱を求めよ。ただし、HーH、ClーCl、HーClの結合エネルギーをそれぞれ432kJ/mol、239kJ/mol、428kJ/molとする。

STEP1

求めたい熱量を含む熱化学方程式を書く。

「HClの生成熱」なので、求めたい係数を1として、他の分子の係数はそれに合わせる。
また、求めたい熱量はQkJとしておこう。

STEP2

STEP1で作成した式をもとにエネルギー図を書く。又、問題で他に熱化学方程式が与えられている時はそれも書き込む。

H2とCl2という2つの物質がまとまってHClという1つの物質になるわけなので、より「バラバラ」であるH2とCl2の方がエネルギーが高い。従って、より高い位置に書く。


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STEP3

図に書き込んだ分子(化合物)を「バラバラ」の状態にし、エネルギー図の上の位置に書く。

H2とCl2が、それぞれH原子とCl原子になった場合を考える。

STEP4

それぞれの結合を切るために必要なエネルギーを書きこむ。

問題文に書いてあったHーH、ClーCl、HーCl結合の結合エネルギーを図中に書き込もう。

係数がついていた場合は、それをかけるのを忘れずにね。

STEP5

ヘスの法則を利用し、方程式を作成。それを解く。
ヘスの法則

反応経路が違っても、出入りする熱の量は変わらない
Point!

ヘスの法則により、反応経路が違っても出入りする総熱量は変化しない。

従って、次の式が成り立つ。これを解くと、Q=92.5となりこれが求める反応熱である。


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問題演習

問題

ヨウ化水素HIの生成熱を求めよ。ただし、HーH、IーI、HーIの結合エネルギーをそれぞれ430kJ、150kJ、295kJとする。

解答

5kJ

解説

STEP1

まずは、求めたい熱量を含む熱化学方程式を書く。

今回は、ヨウ素の生成反応を表す式を書けばいいね。

STEP2

STEP1で作成した式をもとにエネルギー図を書く。又、問題で他に熱化学方程式が与えられている時はそれも書き込む。

より「バラバラ」であるH2とI2の方がエネルギーが高いので、上の位置に書く。

STEP3

図に書き込んだ分子(化合物)を「バラバラ」の状態にし、エネルギー図の上の位置に書く。

H2とCl2が、それぞれH原子とCl原子になった場合を考える。

STEP4

] それぞれの結合を切るために必要なエネルギーを書きこむ。

問題文に書いてあったHーH、IーI、HーI結合の結合エネルギーを図中に書き込もう。

STEP5

ヘスの法則を利用して方程式を作成し、それを解く。

Q=5(kJ)


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