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、下のア〜エから 1 つ選べ。
気体分子中の共有結合 1 mol を切って気体の原子にするのに必要なエネルギーを、その結合の結合エネルギーという。共有結合を切るときには、エネルギーを( a )する。反応物も生成物もすべて気体である反応では、反応物の結合をすべて切って原子にし、その原子から生成物の結合をつくると考えることができる。そのため、反応物の結合エネルギーの和が生成物の結合エネルギーの和より大きい反応は、( b )反応である。
| a | b | |
|---|---|---|
| ア | 放出 | 発熱 |
| イ | 吸収 | 吸熱 |
| ウ | 吸収 | 発熱 |
| エ | 放出 | 吸熱 |
この問題で使うもの
- 結合エネルギーと反応エンタルピーの関係(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(29 技能)
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- 結合エネルギーと反応エンタルピーの関係
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
結合エネルギーと反応エンタルピーの関係を使う。結合エネルギーは、結合を切るのに「必要な」エネルギーであることに注目しよう。
ヒント 2
結合を切る変化の は正か負かを考えよう。また、反応は「反応物の結合を切る段階」と「生成物の結合をつくる段階」に分けて考えられる。
ヒント 3
結合を切る段階では反応物の結合エネルギーの和が、結合をつくる段階では生成物の結合エネルギーの和が出入りする。どちらの大きさが勝つかで、反応全体の の符号が決まる。
答えと解説
答えを見る
イ
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解説を読む
使う知識: 結合エネルギーと反応エンタルピーの関係
手順 1: 結合を切る変化の熱の出入り(空欄 a)
結合エネルギーは、共有結合を切るのに「必要な」エネルギーである。原子どうしは結合することで安定になっているので、結合を切るには外からエネルギーを加えなければならない。たとえば気体の水素分子の結合を切って気体の水素原子にする変化
は吸熱変化で、 である( は気体を表す)。よって a は「吸収」。
逆に、気体の原子どうしが結合をつくるときは、結合エネルギーと同じ大きさのエネルギーを放出する()。
手順 2: 反応全体が発熱か吸熱か(空欄 b)
すべて気体の反応を、次の 2 段階で考える。
- 段階 1: 反応物の結合をすべて切る → (反応物の結合エネルギーの和) を吸収する
- 段階 2: 原子から生成物の結合をつくる → (生成物の結合エネルギーの和) を放出する
ヘスの法則により、反応エンタルピーはこの 2 段階の和になるので
となる。反応物の結合エネルギーの和の方が大きいと、吸収するエネルギーが放出するエネルギーより大きいので 、つまり吸熱反応である。よって b は「吸熱」。
したがって、正しい組み合わせは イ である。
ほかの選択肢が誤りである理由
- ア: 結合を切るときにエネルギーを放出するとしている点(a)と、反応全体を発熱反応としている点(b)がどちらも誤り。
- ウ: a は正しいが、吸収する分の方が多いのに発熱反応としている点(b)が誤り。
- エ: 結合を切るときにエネルギーを放出するとしている点(a)が誤り。
別解
共有結合を切るにはエネルギーが必要なので、a は「吸収」。
反応物の結合をすべて切るのに必要なエネルギー(反応物の結合エネルギーの和)が、生成物の結合をつくるときに放出されるエネルギー(生成物の結合エネルギーの和)より大きければ、差し引きでエネルギーを吸収するので、b は「吸熱」( 反応物の和 − 生成物の和 )。
ア(放出・発熱): a が誤り。
イ(吸収・吸熱): 両方正しい。
ウ(吸収・発熱): b が誤り。
エ(放出・吸熱): a が誤り。
よって答えはイ。