水素 （気）と塩素 （気）が反応して塩化水素 （気）ができる反応は、次の反応式で表される。
結合、 結合、 結合の結合エネルギーをそれぞれ 、、 とするとき、 の値を整数で求めよ。
結合エネルギーと反応エンタルピー
気体どうしの反応で、各分子の結合の数を数え、 により反応エンタルピーを求められ、逆に反応エンタルピーと他の結合エネルギーから未知の結合エネルギーを求められる
前提
- ヘスの法則 （高校化学 化学反応とエネルギー）
- 電子式と共有電子対・非共有電子対 （高校化学 物質の構成と化学結合）
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説明
化学反応では、反応物の分子の中の結合が切れ、原子が組みかわって、生成物の新しい結合ができます。結合エネルギーの値を使うと、この「切れる結合」と「できる結合」を数えるだけで、気体どうしの反応の反応エンタルピーを求められます。逆に、反応エンタルピーがわかっていれば、まだわからない結合の結合エネルギーを求めることもできます。
なぜそうしてよいのか
結合エネルギーとは、気体の分子の中のある共有結合 1 mol を切って、ばらばらの気体の原子にするのに必要なエネルギーです（単位 ）。結合を切るにはエネルギーが必要なので、結合を切る変化は吸熱で、 は結合エネルギーそのもの（正の値）です。逆に、原子から結合ができるときは同じ大きさのエネルギーが放出され、 は結合エネルギーにマイナスを付けた値になります。
ヘスの法則より、 は経路によらないので、次の回り道を考えます。①反応物の結合をすべて切って気体の原子にする（ 反応物の結合エネルギーの和、吸熱）。②その原子を組み合わせて生成物の結合をすべてつくる（生成物の結合エネルギーの和、発熱）。これを足して
となります。生成エンタルピーの式（生成物 − 反応物）と引く順が逆なのは、結合エネルギーが「切るとき」の値だからです。
この考え方は、反応物も生成物もすべて気体で、すべての結合を切ると気体の原子になる場合に使えます。液体や固体が含まれると、分子どうしを引き離すエネルギーが加わるので、そのままでは使えません。
手順
反応式を書き、すべての物質が気体であることを確かめる
各分子の構造（電子式）を考え、どの結合が何本あるかを数える。二重結合・三重結合は 1 本の結合として、その結合エネルギーを使う
反応物について、（結合エネルギー）×（結合の本数）×（係数）を足して、反応物の結合エネルギーの和を求める
生成物についても同じように、生成物の結合エネルギーの和を求める
を計算する。未知の結合エネルギーを求めるときは、それを とおいてこの式を解く
例題
窒素と水素からアンモニアができる反応は、次の反応式で表される。
結合エネルギーを、：、：、： とする。この反応式の反応エンタルピー は何 か。符号を付けて整数で求めよ。
例題の解答
手順 1：、、 はすべて気体。
手順 2： には が 1 本、 には が 1 本、 には が 3 本ある。
手順 3：反応物の結合エネルギーの和は 。
手順 4：生成物の結合エネルギーの和は 。
手順 5：。
答え:
よくある誤り
引き算の順を逆にしてしまう誤り。 とする。結合エネルギーは結合を「切る」ときの値なので、正しくは
1 分子の中の結合の本数を数え忘れる誤り。 の を 1 本として とする。正しくは 1 分子に 3 本あるので
反応式の係数をかけ忘れる誤り。 の係数 3 を忘れて反応物の和を とする。正しくは
三重結合を単結合 3 本と考えてしまう誤り。 を「 が 3 本」として単結合の値を 3 倍する。正しくは、三重結合全体を切る値 を 1 本分として使う
この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。
入口の問題
この技能を使う問題
窒素と水素からアンモニアが生成する反応は、次の熱化学反応式で表される。
結合エネルギーを 、 、 として、 の値を求めよ。整数で答えよ。
気体の過酸化水素 が分解して、気体の水と酸素が生じる反応
を考える。 分子は の構造をもち、 結合 2 つと 結合 1 つからなる。 分子は 結合 2 つ、 分子は 結合 1 つからなる。結合エネルギーは、：、：、： とし、どの分子中の 結合も同じ結合エネルギーをもつとする。原子量は 、 とする。
気体の過酸化水素 がすべてこの反応で分解したとき、放出される熱量は何 kJ か。反応は一定圧力のもとで進み、物質はすべて気体のまま反応するとする。有効数字 2 桁で求めよ。
気体の塩化水素 が、気体の水素と気体の塩素から生じる反応は、次の反応エンタルピーを付した反応式で表される。
結合の結合エネルギーを 、 結合の結合エネルギーを とする。反応物・生成物はすべて気体で、反応エンタルピーと結合エネルギーは同じ温度・圧力での値とする。
結合の結合エネルギーは何 kJ/mol か。整数で求めよ。
エチレン に水素を付加させてエタン をつくる反応は、次の熱化学反応式で表される。
結合エネルギーを 、 、 とし、 結合の結合エネルギーはエチレン中でもエタン中でも同じとみなす。
エチレン分子中の 結合の結合エネルギーは何 か。整数で答えよ。
次の熱化学のデータを用いて、エタン 分子中の 結合の結合エネルギーを求めたい。
また、 結合の結合エネルギーを 、 結合の結合エネルギーを とする。
エタン分子中の 結合の結合エネルギーは何 kJ/mol か。有効数字 3 桁で答えよ。ただし、上の はすべて , での値とし、エタン分子の 6 個の 結合の結合エネルギーはすべて とみなす。
次のデータを用いて、メタンの燃焼で放出される熱量を求めたい。
- 結合エネルギー： 、 、
- 黒鉛の昇華：
- 二酸化炭素の生成：
- 水の蒸発：
分子は 2 つの 結合をもち、2 つの結合エネルギーは等しいとする。 結合の結合エネルギーは与えられていないので、上のデータから求めて用いること。また、どの分子中の 結合も同じ結合エネルギーをもつとする。
メタン （気体） を十分な量の酸素と一定圧力のもとで完全燃焼させ、生じた水をすべて液体にしたとき、放出される熱量は何 kJ か。原子量は 、 とし、有効数字 2 桁で求めよ。
、 において、次のデータが与えられている。
- 結合エネルギー: 、 、 、（二酸化炭素中）
- 水（液体）の生成エンタルピー:
- 水の蒸発エンタルピー:
の結合エネルギーは与えられていないので、上のデータから求めて用いるものとする。
これらの値を用いて、メタン （気体）の燃焼エンタルピーは何 か。ただし、燃焼で生じる水は液体とし、整数で答えよ。
この技能の次に学べること
- 昇華・蒸発を含む結合エネルギーの計算 （高校化学 化学反応とエネルギー）