化学反応とエネルギーの問題

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。

$25{}^{\circ }\text{C}$、$1.013\times 10^5\text{Pa}$ において、次のデータが与えられている。

• 結合エネルギー: $\text{H-H}$ $436\text{kJ/mol}$、$\text{O-H}$ $463\text{kJ/mol}$、$\text{C-H}$ $416\text{kJ/mol}$、$\text{C=O}$（二酸化炭素中）$804\text{kJ/mol}$
• 水（液体）の生成エンタルピー: $-286\text{kJ/mol}$
• 水の蒸発エンタルピー: $44\text{kJ/mol}$

$\text{O=O}$ 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ものとする。

これらの値を用いて、メタン ${\text{CH}}_4$（気体）の燃焼エンタルピーは何 $\text{kJ/mol}$ か。ただし、燃焼で生じる水は液体とし、整数で答えよ。

次の 3 つの値を用いて、メタン $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4$ の $\mathrm{C}-\mathrm{H}$ 結合の結合エネルギーは何 $kJ/mol$ か。整数で求めよ。ただし、メタン分子の 4 つの $\mathrm{C}-\mathrm{H}$ 結合の結合エネルギーはすべて等しいものとする。
- $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4$（気）の生成エンタルピー: $-75kJ/mol$
- 黒鉛の昇華エンタルピー（$\mathrm{C}(\text{黒鉛})\to \mathrm{C}(\text{気})$）: $717kJ/mol$
- $\mathrm{H}-\mathrm{H}$ 結合の結合エネルギー: $436kJ/mol$

アンモニア ${\text{NH}}_3$ は燃焼しても二酸化炭素を出さない燃料として注目されている。アンモニアを完全燃焼させると、窒素 ${\text{N}}_2$ と水 ${\text{H}}_2\text{O}$ が生じる。

$25{}^{\circ }\text{C}$、$1.013\times 10^5\text{Pa}$ におけるアンモニア（気体）の生成エンタルピーは $-46\text{kJ/mol}$、水（液体）の生成エンタルピーは $-286\text{kJ/mol}$ である。

アンモニアを完全燃焼させて $1.0\times 10^3\text{kJ}$ の熱を得るには、アンモニアは何 $\text{g}$ 必要か。ただし、反応は $25{}^{\circ }\text{C}$、$1.013\times 10^5\text{Pa}$ で行い、生じる水はすべて液体とする。原子量は $\text{H}=1.0$、$\text{N}=14$ とし、有効数字 2 桁で答えよ。

メタン $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4$ とプロパン ${\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_8$ の混合気体が合計 $0.50\mathrm{mol}$ ある。この混合気体を完全燃焼させたところ、$711\mathrm{kJ}$ の熱が発生した。メタンとプロパンの燃焼エンタルピーをそれぞれ $-890kJ/mol$、$-2220kJ/mol$ とするとき、混合気体に含まれていたメタンの物質量は何 $\mathrm{mol}$ か。有効数字 2 桁で答えよ。ただし、燃焼で生じる水はすべて液体になるものとする。