化学反応とエネルギー(知識)の問題
次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下の表のア〜エのうちから 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する。
「使い捨てカイロは、袋の中の鉄粉が空気中の酸素とゆっくり反応するときに、カイロが温かくなることを利用している。この鉄の酸化反応の反応エンタルピー は( a )の値である。一方、冷却パックは、硝酸アンモニウム が水に溶けるときに、液の温度が下がることを利用している。この溶解では、生じた水溶液のエンタルピーは、溶解する前の硝酸アンモニウムと水のエンタルピーの和より( b )。」
| a | b | |
|---|---|---|
| ア | 負 | 小さい |
| イ | 負 | 大きい |
| ウ | 正 | 小さい |
| エ | 正 | 大きい |
この問題で使うもの
- 発熱反応・吸熱反応と反応エンタルピーの符号(説明と入口の問題)
- 反応エンタルピーの種類(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(10 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
発熱反応・吸熱反応と、反応エンタルピー の符号、生成物と反応物のエンタルピーの大小の関係を使う。
ヒント 2
である。温かくなる(周囲に熱を出す)変化と、冷たくなる(周囲から熱を吸収する)変化で、それぞれ符号はどうなるかを考えよう。
ヒント 3
カイロの反応は周囲に熱を放出する発熱反応なので、a の候補は 2 つの組み合わせに絞れる。b は、冷却パックの溶解が熱を吸収する変化であることから考えよう。
答えと解説
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イ
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解説を読む
一定圧力のもとでの変化では、反応エンタルピーは
で表される。周囲に熱を放出する発熱反応では、生成物のエンタルピーが反応物より小さくなるので 、周囲から熱を吸収する吸熱反応では、生成物のエンタルピーが反応物より大きくなるので である。
空欄 a: カイロが温かくなるのは、鉄の酸化反応で熱が周囲に放出されるからである。つまり発熱反応であり、 は負の値である。
空欄 b: 硝酸アンモニウムが水に溶けると液の温度が下がるのは、溶解のときに周囲(水や容器)から熱を吸収するからである。つまり吸熱の変化であり、 なので、生じた水溶液のエンタルピーは溶解前の硝酸アンモニウムと水のエンタルピーの和より大きい。
したがって、a は「負」、b は「大きい」の組み合わせのイが正しい。
- ア b が誤り。エンタルピーが小さくなるのは発熱の変化のときであり、温度が下がる(吸熱の)溶解には当てはまらない。
- ウ a・b ともに誤り。 が正になるのは吸熱反応であり、温かくなる鉄の酸化には当てはまらない。
- エ a が誤り。b は正しいが、発熱反応の は負である。
別解
a: 使い捨てカイロは鉄の酸化で熱を放出して温かくなるので発熱反応であり、反応エンタルピーは 、すなわち「負」。
b: 冷却パックは硝酸アンモニウムが水に溶けるとき周囲から熱を吸収して液温が下がる吸熱変化(溶解エンタルピーは正)。吸熱変化では生成系のエンタルピーが反応系より大きいので、生じた水溶液のエンタルピーは溶解前の硝酸アンモニウムと水のエンタルピーの和より「大きい」。
よって a は負、b は大きいで、イ。
確認: ア・ウは b が「小さい」で発熱変化の特徴、ウ・エは a が正で吸熱反応の特徴であり、カイロや冷却パックの現象と合わない。