化学反応とエネルギーの問題

難易度 1教科書の例題レベル高校化学化学反応とエネルギー

水素と酸素から液体の水ができる反応は、反応エンタルピーを付して次のように表される。

$2 H_{2} (気) + O_{2} (気) ⟶ 2 H_{2} O (液) Δ H = - 572 kJ$

これをもとに、液体の水 $1 mol$ を水素と酸素に分解する反応

$H_{2} O (液) ⟶ H_{2} (気) + \frac{1}{2} O_{2} (気) Δ H = x kJ$

の $x$ の値を求めよ。ただし、どちらの反応も同じ温度・圧力のもとで考えるものとする。

この問題で使うもの

反応エンタルピーと反応式（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）

算数中学高校大学大学院

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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

「反応エンタルピーと反応式」の技能を使います。反応式の係数は物質量を表し、 $Δ H$ は係数に比例することを思い出しましょう。

ヒント 2

係数をすべて $\frac{1}{2}$ 倍すると $Δ H$ も $\frac{1}{2}$ 倍になります。また、反応の向きを逆にすると $Δ H$ の符号が逆になります。

ヒント 3

水 $1 mol$ が生成する反応 $H_{2} (気) + \frac{1}{2} O_{2} (気) \to H_{2} O (液)$ の $Δ H$ は $- 286 kJ$ です。求める反応はこの反応とどういう関係にあるかを考えましょう。

答えと解説

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286

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解説を読む

使う技能は「反応エンタルピーと反応式」です。反応式の係数は物質量を表し、 $Δ H$ は書かれた係数どおりの物質量が反応したときのエンタルピー変化を表します。

手順 1: 水 1 mol が生成する反応に直す

与えられた式は水 $2 mol$ が生成するときの式なので、係数をすべて $\frac{1}{2}$ 倍すると $Δ H$ も $\frac{1}{2}$ 倍になる。

$H_{2} (気) + \frac{1}{2} O_{2} (気) ⟶ H_{2} O (液) Δ H = \frac{- 572}{2} = - 286 kJ$

手順 2: 反応の向きを逆にする

求める反応は、手順 1 の反応の逆向き（水が分解する向き）である。逆向きの反応では、 $Δ H$ の大きさは同じで符号が逆になる。

$H_{2} O (液) ⟶ H_{2} (気) + \frac{1}{2} O_{2} (気) Δ H = + 286 kJ$

よって $x = 286$ である。 $Δ H > 0$ なので、水の分解は吸熱反応である。

別解

与えられた反応 $2 H_{2} + O_{2} \to 2 H_{2} O (液)$ は $Δ H = - 572 kJ$ 。これを $\frac{1}{2}$ 倍すると $H_{2} + \frac{1}{2} O_{2} \to H_{2} O (液)$ 、 $Δ H = - 286 kJ$ 。求める反応はこの逆反応なので、反応エンタルピーの符号が逆になり $x = + 286$ 。検算: 2 つの反応を足すと $H_{2} O \to H_{2} O$ となり、 $Δ H$ の和は $- 286 + 286 = 0$ で一致する。

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