化学反応とエネルギーの問題

気体の塩化水素 $\text{HCl}$ $1\text{mol}$ が、気体の水素と気体の塩素から生じる反応は、次の反応エンタルピーを付した反応式で表される。
$$\frac{1}{2}{\text{H}}_2(\text{気})+\frac{1}{2}{\text{Cl}}_2(\text{気})⟶\text{HCl}(\text{気})\Delta H=-92.5\text{kJ}$$

$\text{H-H}$ 結合の結合エネルギーを $436\text{kJ/mol}$、$\text{Cl-Cl}$ 結合の結合エネルギーを $243\text{kJ/mol}$ とする。反応物・生成物はすべて気体で、反応エンタルピーと結合エネルギーは同じ温度・圧力での値とする。

$\text{H-Cl}$ 結合の結合エネルギーは何 kJ/mol か。整数で求めよ。

プロパン ${\text{C}}_3{\text{H}}_8$ の燃焼は、次の反応エンタルピーを付した反応式で表される。
$${\text{C}}_3{\text{H}}_8(\text{気})+5{\text{O}}_2(\text{気})⟶3{\text{CO}}_2(\text{気})+4{\text{H}}_2\text{O}(\text{液})\Delta H=-2219\text{kJ}$$

プロパン $8.8\text{g}$ を、十分な量の酸素と一定圧力のもとで完全に燃焼させ、生じた水はすべて液体になったとする。このとき放出される熱量は何 kJ か。原子量は $\text{H}=1.0$、$\text{C}=12$ とし、有効数字 2 桁で求めよ。

希薄な水溶液中での強酸と強塩基の中和は、次の反応エンタルピーを付した反応式で表されるものとする。
$${\text{H}}^{+}(\text{aq})+{\text{OH}}^{-}(\text{aq})⟶{\text{H}}_2\text{O}(\text{液})\Delta H=-56\text{kJ}$$

$0.20\text{mol/L}$ の希硫酸 ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$ $100\text{mL}$ と、$0.30\text{mol/L}$ の水酸化ナトリウム $\text{NaOH}$ 水溶液 $100\text{mL}$ を、同じ温度で一定圧力のもとで混合した。このとき中和によって発生する熱量は何 kJ か。硫酸は水溶液中で完全に電離して ${\text{H}}^{+}$ を 2 つ放出し、中和は上の反応式だけで起こり、反応できる分はすべて反応するものとする。中和以外の熱の出入り（溶液の希釈による熱など）は無視する。有効数字 2 桁で求めよ。

エチレン ${\text{CH}}_2{\text{=CH}}_2$ に水素を付加させてエタン ${\text{CH}}_3{\text{-CH}}_3$ をつくる反応は、次の熱化学反応式で表される。

$${\text{C}}_2{\text{H}}_4(\text{気})+{\text{H}}_2(\text{気})⟶{\text{C}}_2{\text{H}}_6(\text{気})\Delta H=-136\text{kJ}$$

結合エネルギーを $\text{H-H}$ $436\text{kJ/mol}$、$\text{C-H}$ $416\text{kJ/mol}$、$\text{C-C}$ $348\text{kJ/mol}$ とし、$\text{C-H}$ 結合の結合エネルギーはエチレン中でもエタン中でも同じとみなす。

エチレン分子中の $\text{C=C}$ 結合の結合エネルギーは何 $\text{kJ/mol}$ か。整数で答えよ。

次のデータを用いて、メタンの燃焼で放出される熱量を求めたい。

• 結合エネルギー：$\text{C-H}$ $416\text{kJ/mol}$、$\text{O-H}$ $463\text{kJ/mol}$、$\text{O=O}$ $498\text{kJ/mol}$
• 黒鉛の昇華：$\text{C}(\text{黒鉛})⟶\text{C}(\text{気})\Delta H=+717\text{kJ}$
• 二酸化炭素の生成：$\text{C}(\text{黒鉛})+{\text{O}}_2(\text{気})⟶{\text{CO}}_2(\text{気})\Delta H=-394\text{kJ}$
• 水の蒸発：${\text{H}}_2\text{O}(\text{液})⟶{\text{H}}_2\text{O}(\text{気})\Delta H=+44\text{kJ}$

${\text{CO}}_2$ 分子は 2 つの $\text{C=O}$ 結合をもち、2 つの結合エネルギーは等しいとする。$\text{C=O}$ 結合の結合エネルギーは与えられていないので、上のデータから求めて用いること。また、どの分子中の $\text{O-H}$ 結合も同じ結合エネルギーをもつとする。

メタン ${\text{CH}}_4$（気体）$4.0\text{g}$ を十分な量の酸素と一定圧力のもとで完全燃焼させ、生じた水をすべて液体にしたとき、放出される熱量は何 kJ か。原子量は $\text{H}=1.0$、$\text{C}=12$ とし、有効数字 2 桁で求めよ。