化学反応とエネルギー（知識）の問題

反応物と生成物がすべて気体である、ある化学反応を考える。この反応では、反応物に含まれるすべての共有結合の結合エネルギーの総和が、生成物に含まれるすべての共有結合の結合エネルギーの総和よりも大きい。一定圧力のもとでこの反応が起こるとき、この反応の反応エンタルピー $\Delta H$ の符号と反応の種類の組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

• ア　$\Delta H<0$ であり、発熱反応である。
• イ　$\Delta H>0$ であり、吸熱反応である。
• ウ　$\Delta H>0$ であり、発熱反応である。
• エ　$\Delta H<0$ であり、吸熱反応である。

結合エネルギーと反応エンタルピー $\Delta H$ の関係について述べた文として誤っているものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、反応や変化はすべて一定圧力のもとで起こるものとし、発熱反応では $\Delta H<0$ とする。

• ア　${\mathrm{H}}_2(\text{気})⟶2\mathrm{H}(\text{気})$ の変化の $\Delta H$ は正の値であり、その大きさは $\mathrm{H}-\mathrm{H}$ 結合の結合エネルギーに等しい。
• イ　$2\mathrm{H}(\text{気})⟶{\mathrm{H}}_2(\text{気})$ の変化は、原子どうしが結合をつくる変化なので発熱反応であり、$\Delta H<0$ である。
• ウ　メタン $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4(\text{気})$ の 4 つの $\mathrm{C}-\mathrm{H}$ 結合をすべて切って $\mathrm{C}(\text{気})$ と $4\mathrm{H}(\text{気})$ にする変化の $\Delta H$ は、$\mathrm{C}-\mathrm{H}$ 結合の結合エネルギーの 4 倍として表される。
• エ　反応物と生成物がすべて気体の反応では、反応エンタルピーは「（生成物の結合エネルギーの総和）$-$（反応物の結合エネルギーの総和）」で求められる。
• オ　反応物や生成物に液体や固体が含まれる反応では、結合エネルギーの値だけでは反応エンタルピーを求めることができず、蒸発エンタルピーなどの状態変化に伴うエンタルピー変化も考える必要がある。

結合エネルギーと反応エンタルピーの関係について述べた文として正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。ただし、反応エンタルピーは $\Delta H$ で表し、発熱反応では $\Delta H<0$ とする。

• ア　結合エネルギーとは、気体分子の中の共有結合 $1\mathrm{mol}$ を切断して、気体状態の原子にするのに必要なエネルギーである。
• イ　気体分子の共有結合を切断する変化は発熱反応であり、その $\Delta H$ は負の値になる。
• ウ　反応物と生成物がすべて気体である反応で、反応物の結合エネルギーの総和が生成物の結合エネルギーの総和より大きいとき、その反応は吸熱反応である。
• エ　変化 ${\mathrm{H}}_2(\text{気})⟶2\mathrm{H}(\text{気})$ の $\Delta H$ は、$\mathrm{H}-\mathrm{H}$ 結合の結合エネルギーと絶対値が等しく、正の値である。
• オ　結合エネルギーの値だけを用いれば、反応物や生成物に液体や固体を含む反応の反応エンタルピーも、すべて気体の反応の場合と同じように求めることができる。

反応エンタルピーまたは状態変化に伴うエンタルピー変化の名称と、その名称のエンタルピー変化が反応エンタルピー $\Delta H$ となるように書いた化学反応式の組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、変化はすべて一定の圧力のもとで起こるものとし、$\mathrm{aq}$ は多量の水を表す。

• ア　水の生成エンタルピー：　$2{\mathrm{H}}_2(\text{気})+{\mathrm{O}}_2(\text{気})⟶2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\text{液})$
• イ　一酸化炭素の生成エンタルピー：　$\mathrm{CO}(\text{気})+\frac{1}{2}{\mathrm{O}}_2(\text{気})⟶\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2(\text{気})$
• ウ　水酸化ナトリウムの溶解エンタルピー：　$\mathrm{Na}(\text{固})+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\text{液})⟶\mathrm{NaOH}\mathrm{aq}+\frac{1}{2}{\mathrm{H}}_2(\text{気})$
• エ　塩酸と水酸化ナトリウム水溶液の中和エンタルピー：　$\mathrm{HCl}\mathrm{aq}+\mathrm{NaOH}\mathrm{aq}⟶\mathrm{NaCl}\mathrm{aq}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\text{液})$
• オ　水の蒸発エンタルピー：　${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\text{気})⟶{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\text{液})$

ヘスの法則（総熱量保存の法則）について述べた文として正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、反応や変化はすべて一定の圧力のもとで起こるものとし、反応エンタルピーは $\Delta H$ で表す。

• ア　黒鉛を完全燃焼させて直接二酸化炭素にする場合と、いったん一酸化炭素にしてからそれを燃焼させて二酸化炭素にする場合とでは、反応の経路が異なるので、出入りする熱の総和も異なる。
• イ　ヘスの法則が成り立つのは、反応物と生成物がすべて気体である反応に限られる。
• ウ　反応の途中で触媒を用いると、反応の経路が変わるので、最初の状態と最後の状態が同じでも反応エンタルピーの総和は変わる。
• エ　ある反応の逆向きの反応の反応エンタルピーは、もとの反応の反応エンタルピーと同じ符号・同じ大きさになる。
• オ　ヘスの法則を用いると、黒鉛から一酸化炭素だけが生じる反応のように直接測定するのが難しい反応の反応エンタルピーを、測定できるほかの反応の反応エンタルピーを組み合わせて求めることができる。