反応エンタルピーの種類

生成エンタルピー（化合物 1 mol が成分元素の単体から生じる）・燃焼エンタルピー（物質 1 mol が完全燃焼する、常に負）・中和エンタルピー（水 1 mol が生じる）・溶解エンタルピー（物質 1 mol が多量の溶媒に溶ける、正負どちらもある）の定義を答えられ、与えられた反応式がどの反応エンタルピーにあたるかを判定できる

前提

発熱反応・吸熱反応と反応エンタルピーの符号（高校化学化学反応とエネルギー（知識））
物質量と質量・粒子の数（高校化学物質量と化学反応式）
純物質と混合物・単体と化合物・同素体（高校化学物質の構成と化学結合（知識））

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発熱反応・吸熱反応と反応エンタルピーの符号（高校化学化学反応とエネルギー（知識））
原子量・分子量・式量（高校化学物質量と化学反応式）
物質量と質量・粒子の数（高校化学物質量と化学反応式）
純物質と混合物・単体と化合物・同素体（高校化学物質の構成と化学結合（知識））

説明

反応エンタルピーのうち、よく使うものには「何が 1 mol の反応か」で決まった名前が付いています。生成エンタルピー・燃焼エンタルピー・中和エンタルピー・溶解エンタルピーの 4 つの定義を覚えると、反応式と $Δ H$ を見て、それがどの反応エンタルピーにあたるかを判定できます。反応と熱についての記述の正誤を判断するときや、反応式を正しく書くときに使います。

なぜそうしてよいのか

反応エンタルピー $Δ H$ は、反応式の係数どおりの物質量が反応したときの値です。同じ反応でも、係数を 2 倍にすれば $Δ H$ も 2 倍になります。そこで、比べやすくするために「ある 1 つの物質を 1 mol」と基準を決めて名前を付けたのが、反応エンタルピーの種類です。基準にする物質が何かが、種類ごとに違います。

生成エンタルピー：化合物 1 mol が、その成分元素の単体から生じるときの $Δ H$ 。反応物は単体だけ、生成物はその化合物 1 mol だけ、という形の反応式になります。
燃焼エンタルピー：物質 1 mol が完全燃焼するときの $Δ H$ 。燃焼は熱を出す反応なので、常に $Δ H < 0$ です。
中和エンタルピー：酸と塩基の中和で水 1 mol が生じるときの $Δ H$ 。基準は酸や塩基ではなく「生じる水」です。
溶解エンタルピー：物質 1 mol が多量の溶媒（水など）に溶けるときの $Δ H$ 。溶けるときに温度が上がる物質（ $Δ H < 0$ ）も、下がる物質（ $Δ H > 0$ ）もあります。

つまり、反応式を見たら「係数が 1 になっているのはどの物質か」「反応物・生成物がどんな物質か」を確かめれば、どの種類かが決まります。どの種類にもあてはまらない反応式（たとえば係数が 1 でない、単体でないものから化合物ができる）もあることに注意しましょう。

手順

反応式の反応物と生成物が、それぞれどんな物質か（単体か化合物か、 $O_{2}$ との反応か、酸と塩基か、多量の水 $aq$ に溶かすだけか）を確かめる
反応の形から種類の候補を決める：単体だけから化合物 → 生成、 $O_{2}$ で完全燃焼 → 燃焼、酸と塩基から水 → 中和、多量の水に溶ける → 溶解
その種類で「1 mol」にすべき物質の係数が 1 になっているかを確かめる（生成は生じる化合物、燃焼は燃える物質、中和は生じる水 $H_{2} O$ 、溶解は溶ける物質）
$Δ H$ の符号が定義と矛盾しないかを確かめる（燃焼エンタルピーなら必ず $Δ H < 0$ ）
すべての条件を満たすものを、その反応エンタルピーと判定する

例題

次の反応式と $Δ H$ のうち、その $Δ H$ が生成エンタルピーにあたるものとして正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

ア　 $2 H_{2}$ （気） $+ O_{2}$ （気） $⟶ 2 H_{2} O$ （液）　 $Δ H = - 572 kJ$
イ　 $C$ （黒鉛） $+ O_{2}$ （気） $⟶ C O_{2}$ （気）　 $Δ H = - 394 kJ$
ウ　 $CO$ （気） $+ \frac{1}{2} O_{2}$ （気） $⟶ C O_{2}$ （気）　 $Δ H = - 283 kJ$
エ　 $HCl aq + NaOH aq ⟶ NaCl aq + H_{2} O$ （液）　 $Δ H = - 56.5 kJ$

例題の解答

生成エンタルピーは「化合物 1 mol が成分元素の単体から生じるとき」の $Δ H$ である。

ア：反応物 $H_{2}$ 、 $O_{2}$ はどちらも単体で、反応の形は生成にあたる（手順 1・2）。しかし生成物 $H_{2} O$ の係数が 2 で、1 mol になっていない（手順 3）。 $H_{2} O$ （液）の生成エンタルピーはこの半分の $- 286 kJ/mol$ である。よって誤り。

イ：反応物の $C$ （黒鉛）と $O_{2}$ はどちらも単体で、化合物 $C O_{2}$ が係数 1 で生じている（手順 1〜3）。よって $C O_{2}$ の生成エンタルピーにあたる（手順 5）。なお、これは黒鉛 1 mol の完全燃焼でもあるので、黒鉛の燃焼エンタルピーにもあたる。

ウ：反応物の $CO$ は化合物で、単体ではない（手順 1）。生成エンタルピーではない。 $CO$ 1 mol が完全燃焼しているので、 $CO$ の燃焼エンタルピーである（手順 2・3）。

エ：酸と塩基から水 1 mol が生じる反応で、中和エンタルピーである（手順 2・3）。生成エンタルピーではない。

以上より、正しいものはイ。

答え:

イ

よくある誤り

係数を確かめずに種類を決めてしまう誤り。 $2 H_{2}$ （気） $+ O_{2}$ （気） $⟶ 2 H_{2} O$ （液）　 $Δ H = - 572 kJ$ は水 2 mol 分なので、生成エンタルピーではない。正しくは $H_{2}$ （気） $+ \frac{1}{2} O_{2}$ （気） $⟶ H_{2} O$ （液）　 $Δ H = - 286 kJ$ のように、生じる化合物を 1 mol にする（ほかの物質の係数は分数になってもよい）。
単体でない物質から化合物ができる反応を生成エンタルピーとしてしまう誤り。 $CO$ （気） $+ \frac{1}{2} O_{2}$ （気） $⟶ C O_{2}$ （気）は反応物に化合物 $CO$ を含むので、 $C O_{2}$ の生成エンタルピーではない（ $CO$ の燃焼エンタルピーである）。生成エンタルピーでは、反応物はすべて単体でなければならない。
中和エンタルピーを「酸 1 mol」や「塩基 1 mol」あたりとしてしまう誤り。正しくは生じる水 1 mol あたりで、たとえば $H_{2} S O_{4}$ 1 mol と $NaOH$ 2 mol の中和では水が 2 mol 生じるので、その $Δ H$ は中和エンタルピーの 2 倍になる。
溶解エンタルピーも燃焼エンタルピーと同じく必ず負だとしてしまう誤り。正しくは、溶解エンタルピーは物質によって正にも負にもなる。たとえば $NaOH$ の溶解は発熱（ $Δ H < 0$ ）で、硝酸アンモニウム $N H_{4} N O_{3}$ の溶解は吸熱（ $Δ H > 0$ ）である。必ず負になるのは燃焼エンタルピーのほうである。

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

難易度 1（教科書の例題レベル）
次の反応式で表される反応の反応エンタルピー $Δ H$ は、どの種類の反応エンタルピーにあたるか。最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。
$\frac{1}{2} N_{2} (気) + \frac{3}{2} H_{2} (気) \to N H_{3} (気) Δ H = - 46 kJ$
- ア　中和エンタルピー
- イ　燃焼エンタルピー
- ウ　溶解エンタルピー
- エ　 $N H_{3}$ の生成エンタルピー

この技能を使う問題

	a	b
ア	負	小さい
イ	負	大きい
ウ	正	小さい
エ	正	大きい

この技能の次に学べること

ヘスの法則（総熱量保存の法則）（高校化学化学反応とエネルギー（知識））