化学反応とエネルギーの問題

メタン $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4$ の燃焼は、反応エンタルピーを付して次のように表される。

$$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4(\text{気})+2{\mathrm{O}}_2(\text{気})⟶\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2(\text{気})+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\text{液})\Delta H=-890\mathrm{kJ}$$

メタン $3.20\mathrm{g}$ を十分な量の酸素で完全に燃焼させたとき、発生する熱量は何 $\mathrm{kJ}$ か。有効数字 3 桁で求めよ。ただし、原子量は $\mathrm{H}=1.0$、$\mathrm{C}=12$ とし、反応は上の式と同じ温度・圧力のもとで起こるものとする。

次の 4 つの反応エンタルピーを付した反応式が与えられている（いずれも $25{}^{\circ }\text{C}$、$1.013\times 10^5\text{Pa}$ での値）。
$$\text{C}(\text{黒鉛})+{\text{O}}_2(\text{気})⟶{\text{CO}}_2(\text{気})\Delta H_1=-394\text{kJ}(1)$$
$${\text{H}}_2(\text{気})+\frac{1}{2}{\text{O}}_2(\text{気})⟶{\text{H}}_2\text{O}(\text{液})\Delta H_2=-286\text{kJ}(2)$$
$$\text{C}(\text{黒鉛})+2{\text{H}}_2(\text{気})⟶{\text{CH}}_4(\text{気})\Delta H_3=-74\text{kJ}(3)$$
$$3\text{C}(\text{黒鉛})+4{\text{H}}_2(\text{気})⟶{\text{C}}_3{\text{H}}_8(\text{気})\Delta H_4=-105\text{kJ}(4)$$

メタン ${\text{CH}}_4$ とプロパン ${\text{C}}_3{\text{H}}_8$ だけからなる混合気体があり、その物質量の合計は $0.500\text{mol}$ である。この混合気体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ころ、放出された熱量は $712\text{kJ}$ であった。反応熱はすべて $25{}^{\circ }\text{C}$、$1.013\times 10^5\text{Pa}$ での値を用いてよいものとする。

混合気体に含まれていたプロパンの質量は何 g 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 ${\text{C}}_2{\text{H}}_4$ に水素 ${\text{H}}_2$ を付加させてエタン ${\text{C}}_2{\text{H}}_6$ をつくる反応は、次の熱化学反応式で表される。

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

$25{}^{\circ }\text{C}$、$1.013\times 10^5\text{Pa}$ におけるエチレン（気体）、水素（気体）、エタン（気体）の燃焼エンタルピーは、それぞれ $-1411\text{kJ/mol}$、$-286\text{kJ/mol}$、$-1561\text{kJ/mol}$ である。ただし、燃焼で生じる水はすべて液体とする。

これらの値を用いて、$x$ の値を求めよ。整数で答えよ。

次の 2 つの反応エンタルピーを付した反応式が与えられている（どちらも同じ温度・圧力での値）。
$$\text{C}(\text{黒鉛})+{\text{O}}_2(\text{気})⟶{\text{CO}}_2(\text{気})\Delta H_1=-394\text{kJ}(1)$$
$$\text{CO}(\text{気})+\frac{1}{2}{\text{O}}_2(\text{気})⟶{\text{CO}}_2(\text{気})\Delta H_2=-283\text{kJ}(2)$$

黒鉛から一酸化炭素が生じる反応
$$\text{C}(\text{黒鉛})+\frac{1}{2}{\text{O}}_2(\text{気})⟶\text{CO}(\text{気})$$
の反応エンタルピー $\Delta H$ は何 kJ か。同じ温度・圧力での値として、整数で求めよ。