化学反応とエネルギーの問題

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。

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。

次の熱化学のデータを用いて、エタン ${\text{C}}_2{\text{H}}_6$ 分子中の $\text{C-C}$ 結合の結合エネルギーを求めたい。

$${\text{C}}_2{\text{H}}_6(\text{気})+\frac{7}{2}{\text{O}}_2(\text{気})⟶2{\text{CO}}_2(\text{気})+3{\text{H}}_2\text{O}(\text{液})\Delta H=-1560\text{kJ}$$
$$\text{C}(\text{黒鉛})+{\text{O}}_2(\text{気})⟶{\text{CO}}_2(\text{気})\Delta H=-394\text{kJ}$$
$${\text{H}}_2(\text{気})+\frac{1}{2}{\text{O}}_2(\text{気})⟶{\text{H}}_2\text{O}(\text{液})\Delta H=-286\text{kJ}$$
$$\text{C}(\text{黒鉛})⟶\text{C}(\text{気})\Delta H=+717\text{kJ}$$

また、$\text{H-H}$ 結合の結合エネルギーを $436\text{kJ/mol}$、$\text{C-H}$ 結合の結合エネルギーを $413\text{kJ/mol}$ とする。

エタン分子中の $\text{C-C}$ 結合の結合エネルギーは何 kJ/mol か。有効数字 3 桁で答えよ。ただし、上の $\Delta H$ はすべて $25{}^{\circ }\text{C}$, $1.013\times 10^5\text{Pa}$ での値とし、エタン分子の 6 個の $\text{C-H}$ 結合の結合エネルギーはすべて $413\text{kJ/mol}$ とみなす。

赤熱したコークス（黒鉛とみなす）に水蒸気を通すと、次の反応で一酸化炭素と水素が得られる。

$$\text{C}(\text{黒鉛})+{\text{H}}_2\text{O}(\text{気})⟶\text{CO}(\text{気})+{\text{H}}_2(\text{気})(\ast )$$

この反応は吸熱反応であるため、必要な熱は、別に用意した黒鉛を酸素で完全燃焼させて二酸化炭素にすることで供給する。

$25{}^{\circ }\text{C}$、$1.013\times 10^5\text{Pa}$ における次のデータを用いる。

• 黒鉛の燃焼エンタルピー: $-394\text{kJ/mol}$
• 一酸化炭素（気体）の燃焼エンタルピー: $-283\text{kJ/mol}$
• 水素（気体）の燃焼エンタルピー: $-286\text{kJ/mol}$（生じる水は液体）
• 水の蒸発エンタルピー: $44\text{kJ/mol}$

反応 $(\ast )$ によって水素 $1.0\text{mol}$ をつくるとき、反応 $(\ast )$ で消費される黒鉛と、熱を供給するために燃焼させる黒鉛を合わせて、黒鉛は何 $\text{g}$ 必要か。有効数字 2 桁で答えよ。ただし、反応はすべて $25{}^{\circ }\text{C}$、$1.013\times 10^5\text{Pa}$ で完全に進むものとし、燃焼で発生した熱はすべて反応 $(\ast )$ に使われるものとする。原子量は $\text{C}=12$ とする。

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。