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化学反応とエネルギー(知識)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(知識)

黒鉛 1 mol を完全燃焼させて二酸化炭素 にする変化は、次の 2 通りの経路で考えることができる。

経路 1: 黒鉛を一度に完全燃焼させる。

経路 2: 黒鉛をいったん一酸化炭素 にしてから、 を燃焼させる。

どちらの経路も、同じ温度・圧力のもとで、始めの状態(黒鉛 1 mol と酸素 1 mol)から終わりの状態(二酸化炭素 1 mol)まで変化するものとする。反応エンタルピー 、、 の関係を表す式として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

  • ア 
  • イ 
  • ウ 
  • エ 

この問題で使うもの

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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  1. 原子・分子と化学式
  2. 実験器具の使い方と安全
  3. 気体の発生方法・性質・集め方
  4. 分解と化合(化学変化の種類)
  5. 化学変化と熱・質量保存の法則
  6. 発熱反応・吸熱反応と反応エンタルピーの符号
  7. 原子量・分子量・式量
  8. 物質量と質量・粒子の数
  9. 純物質と混合物・単体と化合物・同素体
  10. 反応エンタルピーの種類
  11. ヘスの法則(総熱量保存の法則)

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

ヘスの法則(総熱量保存の法則)を使う。反応エンタルピーの総和が何によって決まり、何によらないかを思い出そう。

ヒント 2

経路 1 と経路 2 の始めの状態・終わりの状態は同じである。経路 2 の 2 つの反応式を足し合わせると、どんな反応式になるか確かめよう。

ヒント 3

経路 2 の反応エンタルピーの総和は、段階ごとの と を足し合わせたものになる。これが経路 1 の とどんな関係になるかを考えよう。

答えと解説

答えを見る

ウ

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解説を読む

使う法則: ヘスの法則(総熱量保存の法則)

ヘスの法則とは、「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、途中の経路(何段階で反応するか、など)にはよらない」という法則である。

手順 1: 始めと終わりの状態を確かめる

経路 1 も経路 2 も、始めの状態は「(黒鉛)1 mol と 1 mol」、終わりの状態は「 1 mol」で同じである。経路 2 の 2 つの式を足すと、 が両辺で消えて

すなわち となり、経路 1 の式と一致することからも確かめられる。

手順 2: 各経路の反応エンタルピーの総和を書く

  • 経路 1 の総和:
  • 経路 2 の総和: (段階ごとの反応エンタルピーを足し合わせる)

手順 3: ヘスの法則を当てはめる

始めと終わりの状態が同じなので、2 つの経路の総和は等しい。

よって答えは ウ である。

ほかの選択肢が誤りである理由
- ア: 正しい関係 を について解くと であり、 を足すのは誤り。
- イ: 経路 2 の 2 段階は続けて起こるので、反応エンタルピーは足し合わせる。 を引くのは誤り。
- エ: イと同様に、段階どうしの反応エンタルピーを引き算している点が誤り。

別解

ヘスの法則(総熱量保存の法則)により、反応エンタルピーは始めの状態と終わりの状態だけで決まり、経路によらない。経路 2 の 2 段階の反応を足すと
、すなわち となり、経路 1 と同じ変化になる。よって 。

ア : は と の和なので誤り。
イ : 差ではなく和なので誤り。
ウ : ヘスの法則に一致し正しい。
エ : 差ではなく和なので誤り。

よって答えはウ。

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