化学反応とエネルギー（知識）の問題
一定の圧力のもとで、同じ物質量の固体の水酸化ナトリウムを、次の 2 通りの方法で塩酸と反応させる。どちらの方法でも、用いる水・塩化水素の量は同じであり、最後には同じ温度・同じ組成の塩化ナトリウム水溶液になるものとする。
- 方法 1: 固体の水酸化ナトリウムをまず水に溶かして水溶液にし（段階 A）、その水溶液を塩酸と混ぜて中和させる（段階 B）。
- 方法 2: 固体の水酸化ナトリウムを、直接、塩酸に加えて溶かし、中和させる（段階 C）。
段階 A・B・C の反応エンタルピーをそれぞれ 、、 とする。これらについて述べた文として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。
- ア 方法 2 は方法 1 より段階の数が少ないので、 の絶対値は の絶対値より小さくなる。
- イ 方法 1 は方法 2 より反応が終わるまでに長い時間がかかるので、 の絶対値は の絶対値より大きくなる。
- ウ 変化の始めの状態と終わりの状態が同じなので、 は と等しい。
- エ と が等しくなるのは中和反応の場合に限られ、溶解だけからなる変化などではこのような関係は成り立たない。
この問題で使うもの
- ヘスの法則（総熱量保存の法則）（説明と入口の問題）
この問題を解けるようになるまで（11 技能）
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ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
始めと終わりの状態が同じで、途中の経路だけが違う 2 つの変化を比べている。どの法則が使えるかを考えよう。
ヒント 2
ヘスの法則では、反応エンタルピーの総和は変化の始めと終わりの状態だけで決まり、経路には関係しない。
ヒント 3
段階の数や反応にかかる時間は「経路」の違いにあたる。これを理由にしているア・イは除ける。残りの選択肢について、ヘスの法則が成り立つ変化の範囲を考えよう。
答えと解説
答えを見る
ウ
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解説を読む
ヘスの法則（総熱量保存の法則） によると、物質が変化するときの反応エンタルピーの総和は、変化の始めの状態と終わりの状態だけで決まり、変化の経路（途中の段階）には関係しない。
方法 1 と方法 2 は、始めの状態（固体の水酸化ナトリウム・水・塩化水素）と終わりの状態（同じ組成・同じ温度の塩化ナトリウム水溶液）が同じで、途中の経路だけが異なる。したがって
が成り立つ。よって答えは ウ である。
ほかの選択肢について:
- ア: 誤り。段階の数（経路）が違っても、始めと終わりが同じなら反応エンタルピーの総和は等しい。段階が少ないから熱の出入りが小さくなる、ということはない。
- イ: 誤り。反応にかかる時間（反応の速さ）は反応エンタルピーの大きさに関係しない。時間がかかっても、始めと終わりが同じなら反応エンタルピーの総和は等しい。
- エ: 誤り。ヘスの法則は中和反応に限らず、溶解・状態変化・燃焼など、エンタルピー変化を伴うあらゆる変化について成り立つ。
別解
ヘスの法則より、反応エンタルピーの総和は始めの状態と終わりの状態だけで決まり、経路や時間には関係しない。方法1と方法2は始状態(固体NaOH+塩酸)と終状態(NaCl水溶液)が同じなので 。
- ア: 段階の数は関係しない。誤り。
- イ: かかる時間は関係しない。誤り。
- ウ: ヘスの法則どおり。正しい。
- エ: ヘスの法則は中和に限らずあらゆる変化で成り立つ。誤り。
よって、答えはウ。