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

$0.20 mol/L$ の塩酸 $100 mL$ に、 $0.10 mol/L$ の水酸化ナトリウム水溶液 $300 mL$ を加えて混ぜた。このとき発生する熱量は何 $kJ$ か。有効数字 2 桁で答えよ。ただし、中和の反応エンタルピーは次の反応式で表されるものとし、塩酸と水酸化ナトリウムはどちらも水溶液中で完全に電離しているものとする。
$H^{+} (aq) + O H^{-} (aq) \to H_{2} O (液) Δ H = - 56 kJ$

この問題で使うもの

中和で発生する熱量と過不足（説明と入口の問題）

この問題を解けるようになるまで（17 技能）

算数中学高校大学大学院

読み込み中…

右端（太枠）がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。

一覧で見る（前提が先）

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

まず酸の $H^{+}$ と塩基の $O H^{-}$ の物質量を、濃度と体積から求めましょう。

ヒント 2

物質量はモル濃度 $\times$ 体積（L）です。 $H^{+}$ と $O H^{-}$ は $1 : 1$ で反応するので、少ないほうの物質量だけ水ができます。

ヒント 3

$H^{+}$ は $0.020 mol$ 、 $O H^{-}$ は $0.030 mol$ なので、生じる水は $0.020 mol$ です。これに水 $1 mol$ あたりの発熱量 $56 kJ$ を掛けましょう。

答えと解説

答えを見る

1.1

結果を記録する（このブラウザにだけ保存されます）:

解説を読む

手順 1: $H^{+}$ と $O H^{-}$ の物質量を求める

塩酸 $HCl$ は 1 価の酸なので、 $H^{+}$ の物質量は
$0.20 mol/L \times \frac{100}{1000} L = 0.020 mol$
水酸化ナトリウム $NaOH$ は 1 価の塩基なので、 $O H^{-}$ の物質量は
$0.10 mol/L \times \frac{300}{1000} L = 0.030 mol$

手順 2: 中和する物質量を決める

$H^{+}$ と $O H^{-}$ は $1 : 1$ で反応するので、少ないほうの $H^{+}$ $0.020 mol$ がすべて反応し、 $O H^{-}$ は $0.010 mol$ 余る。生じる水は $0.020 mol$ である。

手順 3: 発生する熱量を求める

反応式から、水 $1 mol$ が生じると $56 kJ$ の熱が発生する（ $Δ H < 0$ なので発熱）。発生する熱量は生じる水の物質量に比例するので
$56 kJ/mol \times 0.020 mol = 1.12 kJ$
有効数字 2 桁にして、 $1.1 kJ$ である。

別解

$H^{+}$ の物質量: $0.20 \times \frac{100}{1000} = 0.020 mol$ 。
$O H^{-}$ の物質量: $0.10 \times \frac{300}{1000} = 0.030 mol$ 。

$O H^{-}$ が過剰なので、反応する量は少ない方の $H^{+}$ に等しく $0.020 mol$ （生成する水も $0.020 mol$ ）。

発生する熱量: $56 \times 0.020 = 1.12 kJ$ 。有効数字 2 桁で $1.1 kJ$ 。

検算: $O H^{-}$ は $0.030 - 0.020 = 0.010 mol$ 余り、反応分の物質量が $H^{+}$ に等しいことと整合する。

この問題の確認

AI が作成した問題です。公開前に次の確認を行いました。

別の AI が答えを見ずに 3 回解き、3 回とも同じ答えになりました
プログラムで答えを計算し直し、一致を確認しました
AI の査読で、条件・解説・表記を確認しました
答えの正しさについて慎重に扱うべき点が見つからなかったため、自動で公開しました

確認の方法について

間違いを報告する

この問題の誤り・分かりにくい点・難易度や学年のずれを知らせる