熱化学:学習ガイド

重要なポイント

熱化学は、化学変化や物理変化でやり取りされる熱を扱う。エンタルピー変化 ΔH は、熱を放出する発熱反応では負、吸熱反応では正になる。

• 温度変化に必要な熱は q = mcΔT である。水の比熱は c = 4.18 J/(g·°C) である。
• ヘスの法則: 反応のエンタルピー変化は 1 段階でも複数段階でも同じなので、反応式とその ΔH は足し合わせてよい。
• 生成エンタルピーでは ΔH°_rxn = ΣΔH°f(生成物) − ΣΔH°f(反応物)で、標準状態の単体は 0 である。
• 結合エンタルピーでは ΔH ≈(反応物の結合を切るのに要するエネルギー)−(生成物の結合ができるときに放出されるエネルギー)である。

主な式

• q = mcΔT
• ΔH°_rxn = ΣΔH°f(products) − ΣΔH°f(reactants)
• ΔH ≈ Σ bonds broken − Σ bonds formed
• q = mL (phase change)

例題

メタンの燃焼: CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O(l)。ΔH°f が CH₄ で −74.8、CO₂ で −393.5、H₂O(l) で −285.8 kJ/mol のとき、ΔH°_rxn = [−393.5 + 2(−285.8)] − (−74.8) = メタン 1 mol あたり −890.3 kJ。熱量計で 100.0 g の水が 20.0 °C から 25.0 °C に温まるとき、q = 100.0 × 4.18 × 5.0 = 2090 J を吸収する。

よくある間違い

• ΔH°f に化学量論係数をかけ忘れること。
• 生成物 − 反応物の順序を逆にして、ΔH の符号を反転させること。
• 反応式を 2 倍にしたり逆向きにしたりしたのに、ΔH を 1 mol 反応のまま使うこと。

練習

このトピックの練習問題で力試しをしましょう:熱化学