の塩酸 に、 の水酸化ナトリウム水溶液 を加えて混ぜた。このとき発生する熱量は何 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。
中和で発生する熱量と過不足
酸・塩基の濃度と体積から と の物質量を求め（2 価の酸は 2 倍）、少ないほうの物質量だけ中和が起こるとして、中和の反応エンタルピーから発生する熱量を求められる
前提
- 物質量と出入りする熱量 （高校化学 化学反応とエネルギー）
- モル濃度 （高校化学 物質量と化学反応式）
- 酸・塩基の価数と強弱 （高校化学 酸と塩基）
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説明
酸の水溶液と塩基の水溶液を混ぜると中和が起こり、熱が発生します。この技能では、酸・塩基の濃度と体積から と の物質量を求め、どちらかが余る場合も含めて、実際に中和した量から発生する熱量を求めます。混ぜる量が「ちょうど」でない実験の発熱量を見積もる場面で使います。
なぜそうしてよいのか
強酸と強塩基の水溶液では、酸も塩基もほぼすべて電離しています。中和の本体は （aq）（aq）（液）という反応で、強酸と強塩基の組み合わせなら、どの酸・塩基でもこの反応の はほぼ同じ（約 ）です。これが「水 1 mol が生じるときの中和エンタルピー」です。
この反応では と が 1 : 1 で反応します。だから、一方が多くても、少ないほうがなくなった時点で反応は止まり、多いほうは余ります。生じる水の物質量は、 と の物質量のうち少ないほうに等しくなります。
の物質量は、酸の物質量に価数をかけて求めます。例えば硫酸 は 1 個から を 2 個出せる 2 価の酸なので、 は にあたります。塩基も同じで、 は 2 価なので は物質量の 2 倍です。発生する熱量は、生じた水の物質量に比例するので、 で求められます。
手順
酸・塩基の物質量を、モル濃度と体積から求める：（体積は L に直す）
価数をかけて と の物質量を求める：、
と を比べ、少ないほうを生じる水の物質量とする（多いほうは余る）
中和エンタルピー（水 1 mol あたり）の大きさをかけて、発生する熱量を求める：
例題
の塩酸 に、 の水酸化バリウム 水溶液 を加えた。発生する熱量は何 か。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、塩酸と水酸化バリウムはどちらも水溶液中で完全に電離しており、中和は次の反応式で表されるものとする。
例題の解答
手順 1： の物質量は 。 の物質量は 。
手順 2： は 1 価の酸なので 。 は 2 価の塩基なので 。
手順 3： なので、 がすべて反応し、 が 余る。生じる水は 。
手順 4：。有効数字 2 桁にして 。
答え:
よくある誤り
2 価の酸・塩基の価数をかけ忘れる誤り。上の例で として とする。 は 2 価なので、正しくは 。硫酸 でも同じく は物質量の 2 倍
多いほうの物質量で熱量を計算してしまう誤り。上の例で の を使って とする。余った は反応しないので、正しくは少ないほうの を使い
体積を mL のまま使ってしまう誤り。 とする。モル濃度は 1 L あたりなので、正しくは
酸と塩基の物質量を足して水の物質量としてしまう誤り。 とする。 と は 1 : 1 で反応して水 1 個をつくるので、正しくは少ないほうの
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
希薄な水溶液中での強酸と強塩基の中和は、次の反応エンタルピーを付した反応式で表されるものとする。
の希硫酸 と、 の水酸化ナトリウム 水溶液 を、同じ温度で一定圧力のもとで混合した。このとき中和によって発生する熱量は何 kJ か。硫酸は水溶液中で完全に電離して を 2 つ放出し、中和は上の反応式だけで起こり、反応できる分はすべて反応するものとする。中和以外の熱の出入り（溶液の希釈による熱など）は無視する。有効数字 2 桁で求めよ。
断熱された熱量計（容器と温度計・かき混ぜ棒を含む）を用いて、次の 2 つの実験を行った。
実験 1 熱量計に の塩酸 を入れ、同じ温度の の水酸化ナトリウム水溶液 を加えてすばやく混合したところ、溶液と熱量計の温度は 上昇した。
実験 2 実験 1 と同じ熱量計に の塩酸 を入れ、同じ温度のマグネシウム の粉末 を加えたところ、マグネシウムは の反応ですべて溶け、溶液と熱量計の温度は 上昇した。
中和の反応エンタルピーは について とする。どちらの実験でも、溶液の密度は 、比熱は とし、溶液の質量は混合前の溶液の体積から求め、加えたマグネシウムの質量は無視する。反応は一定圧力のもとで進み、発生した熱はすべて溶液と熱量計に吸収され、外部への熱の出入りや、発生した水素が持ち去る熱は無視する。熱量計の熱容量は 2 つの実験で同じとする。原子量は とする。
これらの実験結果から、マグネシウム が塩酸と反応するときに発生する熱量は何 kJ か。有効数字 2 桁で求めよ。
断熱された容器（かくはん棒と温度計を含む）を用いて、次の実験 I、II を行った。容器の熱容量は実験 I と II で同じであり、外部との熱の出入りはないものとする。
実験 I 容器に の水 を入れ、容器全体も になったところで、 の水 を加えてよくかき混ぜたところ、全体の温度は で一定になった。
実験 II 実験 I の後、容器を空にして乾かし、再び にした。この容器に の 塩酸 を入れ、さらに の 水酸化ナトリウム水溶液 を加えてすばやくかき混ぜたところ、全体の温度は最高で になった。
水および水溶液の比熱はすべて 、水溶液の密度はすべて とし、混合による体積変化は無視する。また、発生した熱はすべて混合後の水溶液と容器の温度上昇に使われたものとする。
実験 II の結果から求められる、次の熱化学反応式の反応エンタルピー は何 か。有効数字 2 桁で答えよ。