自然科学入門(化学）第 11 回第 8 章化学反応と熱 (p 60) 11-1 第 1 節反応熱の表現と熱化学方程式水素＋酸素 → 水＋熱化学変化物質に変化(組成の変化、状態の変化）が起こる時、熱*の出入りがある氷＋熱→水物理変化 (*生体中では、熱を化学エネルギー ATP として貯える）燃焼熱：物質 1 mol が完全燃焼する時発生生成熱：単体から物質 1mol が生成する時に発生(吸収）中和熱：中和反応で水 1mol が生成するとき発生 (56.5 kJ) 溶解熱：物質 1mol が溶媒に溶けるときに発生(吸収）蒸発熱：物質 1mol が液体から気体に変化するときに吸収・・・・等々熱を発生する発熱反応熱を吸収する吸熱反応反応熱熱吸熱反応発熱反応熱燃焼熱 (物質 1mol が燃焼により発生する熱量) : 熱化学方程式燃焼熱と化学反応式・熱化学方程式物質(状態） *1 J = 0.24 cal 化学反応式燃焼熱(kJ/mol) 1 cal = 4.184 J 熱化学方程式 H2 (g) 2H2 + O2 → 2H2O 286 H2 + 1/2 O2 → H2O + 286 kJ C (s) C + O2 → CO2 394 C + O2 → CO2 + 394 kJ CO (g) 2CO + O2 → 2CO2 284 CO + 1/2 O2 → CO2 + 284 kJ CH4 (g) CH4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O 891 CH4+ 3O2 → 2CO2 + 2H2O + 891 kJ C2H6 (g) 2C2H6 + 7O2 → 4 CO2 + 6H2O 1561 C2H6 + 7/2 O2 → 2CO2 + 3H2O + 1561 kJ C3H8 (g) C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O 2220 C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O + 2220 kJ *炭水化物(C12H22O11 =342) 16700 kJ/kg 脂肪 (C3H5(C17H35COO)3 =890) 37600 kJ/kg タンパク (C5.2H8.5O1.4N =111) 16700 kJ/kg 生成熱と(物質 1mol が生成する時に発生する熱量)と燃焼熱物質生成熱(kJ/mol) 燃焼熱(kJ/mol) 物質生成熱(kJ/mol) 燃焼熱(kJ/mol) H2O (g) 242 - H2O (l) 286 - NH3 (g) 46 383 NH3 (l) 67 - CO (g) 110 284 CO2 (g) 394 - CH4 (g) 75 891 C2H6 (g) 85 1561 C3H8 (g) 104 2220 C4H10 (l) 148 2856 CH3OH (l) 239 727 C2H5OH (l) 278 1367 物質の生成と燃焼に関する熱エネルギーの変化エネルギー大二酸化炭素 (CO2) を生成するときのエネルギー変化 CO2 生成には二つの経路 ( C + O2 → CO2 + 394 kJ 及び CO + 1/2 O2 → CO2 + 284 kJ ) C + O2 C + O2 → CO + 1/2 O2 + X kJ ② X kJ CO + 1/2 O2 ヘス (Hess) の法則（総熱量保存の法則） ① ③ C + O2 → CO2 + 394 kJ 394 kJ CO2 CO + 1/2 O2 → CO2 + 284 kJ 284 kJ ① のエネルギー= （②＋③）のエネルギー 394 = 284 + X X = 394 – 284 = 110 kJ 11-2 第 2 節ヘスの法則の応用条件：以下の熱化学方程式が与えられている 1 O 2  H 2 O (l)  286 kJ　2  ② C (s)  2H 2 (g)  CH 4 (g)  75 kJ　 ③ H 2 (g)  ①  2②  ①　C  2H 2  2O 2  CO 2  2H 2 O  (394  2  286 ) kJ C (s)  O 2 (g)  CO 2 (g)  394 kJ　11-3 代数式としての解法メタン CH4 の燃焼熱 (Q) を求める CH 4 (g)  2O 2 (g)  CO 2 (g)  2H 2 O (l)  Q kJ　 ④  ⑤ ③より C  2H 2  CH 4  75 であるから ⑤のC  2H に代入して CH 4  75  2O 2  CO 2  2H 2 O  394  2  286 CH 4  2O 2  CO 2  2H 2 O  891 (  Q) エネルギー図作成による解法 CH4 は C と 2H2 からなり、 2O2 と反応して、CO2 と H2O になる C と2H2 は 2O2 と反応して、CO2 と 2H2O になる CH 4  2O 2 ③ ① 394 kJ CO 2  2H 2  O 2 Q kJ ④ ② 2 x 286 kJ CO 2  2H 2 O 75  Q  394  2  286  Q  891 kJ C  O 2  CO 2  394 kJ  ① H2  C  2H 2  2O 2 75 kJ 例題熱化学方程式からプロパンの生成熱を求めよ 1 O 2  H 2 O  289 kJ  ② 2 C 3 H 8  5O 2  3CO 2  4H 2 O  2220 kJ  ③ プロパンの生成式は 3C  4H 2  C 3 H 8  Q kJ であるから３ ①  4  ②  ③とすれば 3C  3O 2  3CO 2  1182kJ  ) 4H 2  2O 2  4H 2 O  1144kJ  ) C 3 H 8  5O 2  3CO 2  4H 2 O  2220kJ 3C  4H 2  C 3 H 8  106 kJ (  QkJ) その他の反応熱蒸発熱：物質 1 mol が気体に状態変化するとき吸収する熱量 H 2 O (g)  H 2 O (l)  44 kJ (H 2 O (l)  H 2 O (g)  44kJ) 物質温度（℃）蒸発熱 (kJ/kg) 水 100 2442(=44kJ/mol) メチルアルコール 64.7 1101 エチルアルコール 78.3 838 アセトン 56.5 500 クロロホルム 61.2 247 溶解熱：物質 1 mol が多量の溶媒に溶けるとき吸収する熱量 KNO 3 (s)  aq  K  (aq)  NO 3  (aq)  44.5 kJ NH 4 NO 3 (s)  aq  NH 4  (aq)  NO 3  (aq)  25.7 kJ  冷却剤として使用される中和熱：酸塩基中和反応で水 H2O 1 mol が生成する時の反応熱 HCl  NaOH  H 2 O  NaCl  56.4 kJ ( H   OH   H 2 O  56.4 kJ) 11-4 第 3 節結合エネルギー結合共有結合を切断するのに必要なエネルギーを結合エネルギー（1 mol) HCl(g) = H(g) + Cl(g) - 428kJ Cl2(g) = 2Cl - 239kJ 反応熱 = 生成物の結合エネルギーの総和 – 反応物の結合エネルギーの総和塩酸の生成 H2 + Cl2 = 2HCl + X kJ 結合エネルギー (kJ/mol) H-H 432 H-Cl 428 N-H 386 C-C 366 C-H 411 C=O 799 Cl-Cl 239 O-H 459 O=O 494 N≡N 942 X = 2 x 428 – (432 + 239) = 185 kJ/mol 生成物の結合エネルギーの総和アンモニアの生成熱の計算反応物の結合エネルギーの総和 ①より 3 3 3 H 2   2H   432 kJ 2 2 2 H 2  2H  432kJ  ① ②より N 2  2N  942kJ  ② 1 1 1 N 2   2N   942kJ 2 2 2 ④＋⑤の両辺どうしの和を取るとは関係する熱化学方程式 NH3  N  3H  1158kJ  ③ 1 3 N 2  H 2  NH3  QkJ 2 2   3 H 2  3H  648 kJ  ④ 2 1 N2  N  471 kJ  ⑤ 2 1 3 N 2  H 2  N  3H  1119 kJ ここで、③より N  3H  NH3  1158 kJ を導き、 2 2 1 3 代入すると　N 2  H 2  (NH3  1158 kJ)  1119 kJ  NH3  39 kJ 2 2 11-5 燃焼反応の始まるきっかけ酸素と反応する燃焼反応を考える 1. プロパンガスと酸素を混合しただけでは反応は起こらない 2. ライターやマッチで点火すると反応(燃焼が）起こる反応が開始するためには、きっかけ（エネルギー）が必要＝活性化エネルギーという活性化エネルギーと燃焼熱 11-6