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化学の巻↓ 理論化学(高校)

ヘスの法則について(計算をしっかりできるようになろう!)

投稿日:10月 6, 2020 更新日:

今回は熱化学の続き「ヘスの法則」を中心に解説するにゃ。計算問題を問われることが多いから注意が必要なにゃ。

・ヘスの法則とは?

反応熱は化学反応の途中の経路に依存せず、最初と最後の状態だけで決まります。要するに全体の熱量は同じということです。この法則を発見者にちなんでヘスの法則とよばれおり、直接測定が困難な反応熱の決定に用いられます。

ヘスの法則は総質量保存の法則ともいうにゃ。

・演習問題

問題1 過酸化水素の分解反応(式1)にかんする以下の問に答えよ。

H2O2(液)→H2O(液)+1/2O2(気) (式1)

式1の反応熱を求めよ。またこの反応は発熱反応かそれとも吸熱反応かを書け。ただしH2O(気)およびH2O2(液)の生成熱はそれぞれ242kJ/mol,188kJ/molとする。またH2Oの蒸発熱は44kJ/molとする。(大阪大学)

まず与えられている生成熱と蒸発熱の化学式を考えることが大事だにゃ。

(解答) H2O(気)の生成熱が242kJ/molであることから

H2(気)+ 1/2O2(気)=H2O(気)+242kJ/mol (A)

H2O2(液)の生成熱が188kJ/molなので

H2(気)+ O2(気)=H2O2(液)+188kJ/mol (B)

H2Oの蒸発熱は44kJ/molなので

H2O(液)=H2O(気)ー 44kJ/mol (C)

求める熱化学方程式は

H2O2(液)→H2O(液)+1/2O2(気) (式1)

なので式1に含まれていないH2(気)やH2O(気)を消去していく必要がある。まずH2(気)を消去するために(A)ー(B)より

-1/2O2(気)=H2O(気)ーH2O2(液)+(242-188)kJ

H2O2(液)=H2O(気)+1/2O2(気)+54kJ (D)

次にH2O(気)を消去するので(C)ー(D)

H2O(液)ーH2O2(液)=-1/2O2(気)+(-44ー54)kJ

H2O2(液)=H2O(液)+1/2O2(気)+98kJと求められた。

この反応は発熱反応である。

——————————————————————————————————————————–

問題2 気体の水分子中のO-H結合エネルギー[kJ/mol]を求めよ。ただし、H-H、O=Oの結合エネルギーはそれぞれ436kJ/mol,498kJ/mol,またH2O(液)の生成熱は286kJ/mol,蒸発熱は44kJ/molである。

H2O分子はO-H結合を2本もっていることがポイントだにゃ!

(解答) 求めるO-H結合エネルギーをW[kJ/mol]として熱化学方程式を書くと、

H2O(気)=2H(気)+O(気)ー2W[kJ] ① *2Wになっているのは上の小豆が述べているとおり

問題分に「H-H、O=Oの結合エネルギーはそれぞれ436kJ/mol,498kJ/mol,またH2O(液)の生成熱は286kJ/mol,蒸発熱は44kJ/molである。」とあるのでそれぞれ熱化学方程式を書いていく。

H(気)=2H(気)ー436kJ ②

O2(気)=2O(気)ー498kJ ③

H(気)+1/2O2(気)=H2O(液)+286kJ  ④

H2O(液)=H2O(液)ー44kJ  ⑤

H2O(気)=2H(気)+O(気)ー2W[kJ]の式をもとめるには余計なものを消していくひつようがある。消すには②×1+③×1/2+④×(-1)+⑤×(-1)

→ー2W=(ー436)+(ー498)×1/2+(ー286)+44

→W=463.5≑464kJ/mol

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