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。

窒素と水素からアンモニアが生成する反応は、次の熱化学反応式で表される。

$${\text{N}}_2(\text{気})+3{\text{H}}_2(\text{気})⟶2{\text{NH}}_3(\text{気})\Delta H=Q\text{kJ}$$

結合エネルギーを $\text{N}\equiv \text{N}$ $945\text{kJ/mol}$、$\text{H-H}$ $436\text{kJ/mol}$、$\text{N-H}$ $391\text{kJ/mol}$ として、$Q$ の値を求めよ。整数で答えよ。

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。

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。

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。