発熱反応・吸熱反応と反応エンタルピーの符号

ある反応を、外部と熱のやりとりができない断熱容器の中で行ったところ、容器内の温度が下がった。この反応では、生成物のエンタルピーの和が反応物のエンタルピーの和よりも大きく、反応エンタルピー $\Delta H$ は正の値になる。このように、反応に伴って周囲から熱を吸収する化学反応を何というか。漢字で答えよ。

反応物と生成物がすべて気体である、ある化学反応を考える。この反応では、反応物に含まれるすべての共有結合の結合エネルギーの総和が、生成物に含まれるすべての共有結合の結合エネルギーの総和よりも大きい。一定圧力のもとでこの反応が起こるとき、この反応の反応エンタルピー $\Delta H$ の符号と反応の種類の組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

• ア　$\Delta H<0$ であり、発熱反応である。
• イ　$\Delta H>0$ であり、吸熱反応である。
• ウ　$\Delta H>0$ であり、発熱反応である。
• エ　$\Delta H<0$ であり、吸熱反応である。

発熱反応・吸熱反応と反応エンタルピー $\Delta H$ について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。ただし、反応は一定の圧力のもとで行うものとする。

• ア　発熱反応では、生成物のエンタルピーの総和は、反応物のエンタルピーの総和より大きい。
• イ　断熱した容器の中で吸熱反応が起こると、容器内の温度は上がる。
• ウ　吸熱反応の反応エンタルピー $\Delta H$ は、正の値である。
• エ　メタンが完全燃焼する反応の反応エンタルピー $\Delta H$ は、正の値である。
• オ　反応エンタルピー $\Delta H$ は、反応物のエンタルピーの総和から生成物のエンタルピーの総和を引いた値である。

結合エネルギーと反応エンタルピーの関係について述べた文として正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。ただし、反応エンタルピーは $\Delta H$ で表し、発熱反応では $\Delta H<0$ とする。

• ア　結合エネルギーとは、気体分子の中の共有結合 $1\mathrm{mol}$ を切断して、気体状態の原子にするのに必要なエネルギーである。
• イ　気体分子の共有結合を切断する変化は発熱反応であり、その $\Delta H$ は負の値になる。
• ウ　反応物と生成物がすべて気体である反応で、反応物の結合エネルギーの総和が生成物の結合エネルギーの総和より大きいとき、その反応は吸熱反応である。
• エ　変化 ${\mathrm{H}}_2(\text{気})⟶2\mathrm{H}(\text{気})$ の $\Delta H$ は、$\mathrm{H}-\mathrm{H}$ 結合の結合エネルギーと絶対値が等しく、正の値である。
• オ　結合エネルギーの値だけを用いれば、反応物や生成物に液体や固体を含む反応の反応エンタルピーも、すべて気体の反応の場合と同じように求めることができる。

化学反応と光の関係について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、反応エンタルピーは $\Delta H$ で表し、発熱反応では $\Delta H<0$ とする。

• ア　水素と塩素の混合気体は、暗所でも常温ですみやかに反応して塩化水素を生じ、光を当てても反応の進み方はほとんど変わらない。
• イ　光合成は、光エネルギーを吸収して二酸化炭素と水からグルコースなどの糖と酸素をつくる反応であり、全体として $\Delta H<0$ の反応である。
• ウ　酸化チタン(IV) $\mathrm{Ti}{\mathrm{O}}_2$ は、光（紫外線）が当たると、自身は変化せずに表面に付着した有機物などを分解する反応を促進するので、光触媒として利用されている。
• エ　臭化銀 $\mathrm{AgBr}$ に光を当てると、銀イオンが酸化されて銀が析出する。
• オ　ルミノールの反応のように、化学反応によって生じたエネルギーの高い状態の物質が光を放出する現象を、光化学反応という。

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、下の表のア〜エのうちから 1 つ選べ。ただし、変化はすべて一定の圧力のもとで起こるものとする。

「使い捨てカイロは、袋の中の鉄粉が空気中の酸素とゆっくり反応するときに、カイロが温かくなることを利用している。この鉄の酸化反応の反応エンタルピー $\Delta H$ は（ a ）の値である。一方、冷却パックは、硝酸アンモニウム $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3$ が水に溶けるときに、液の温度が下がることを利用している。この溶解では、生じた水溶液のエンタルピーは、溶解する前の硝酸アンモニウムと水のエンタルピーの和より（ b ）。」

1 段階で進む可逆反応について、活性化エネルギーと遷移状態（活性化状態）に関する記述として正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。ただし、反応エンタルピーの大きさとは、反応物と生成物のエンタルピーの差の大きさ（反応熱の大きさ）をいう。

• ア　正反応が発熱反応であるとき、逆反応の活性化エネルギーは、正反応の活性化エネルギーより大きい。
• イ　遷移状態にある原子の集まりは、反応物よりもエネルギーが高く不安定な状態である。
• ウ　同じ温度で比べると、活性化エネルギーが大きい反応ほど反応速度が大きい。
• エ　正反応の活性化エネルギーと逆反応の活性化エネルギーの差は、反応エンタルピーの大きさに等しい。
• オ　正反応が吸熱反応であるとき、正反応の活性化エネルギーは、反応エンタルピーの大きさより小さい。

一定圧力のもとで、赤熱したコークス（炭素）に水蒸気を吹き込むと、次の反応が起こり、一酸化炭素と水素が生じる。

$$\mathrm{C}(\text{黒鉛})+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}(\text{気})⟶\mathrm{CO}(\text{気})+{\mathrm{H}}_2(\text{気})\Delta H=+131\mathrm{kJ}$$

この反応では、生成物がもつエンタルピーの総和が、反応物がもつエンタルピーの総和よりも大きい。そのため、反応を続けるには外部から熱を加え続ける必要があり、加熱をやめると反応系とその周囲の温度が下がって反応はやがて止まる。

このように、反応エンタルピー $\Delta H$ が正の値となり、反応に伴って周囲から熱を取り込む化学反応を何というか。漢字で答えよ。

一定圧力のもとで起こる次のア〜オの変化のうち、変化に伴うエンタルピー変化 $\Delta H$ が正の値となるもの（周囲から熱を吸収するもの）を、すべて選べ。

• ア　水素 ${\mathrm{H}}_2$ が酸素 ${\mathrm{O}}_2$ と反応して、液体の水 ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ が生じる。
• イ　炭酸カルシウム $\mathrm{CaC}{\mathrm{O}}_3$ が分解して、酸化カルシウム $\mathrm{CaO}$ と二酸化炭素 $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ が生じる。
• ウ　酸化カルシウム $\mathrm{CaO}$ が水と反応して、水酸化カルシウム $\mathrm{Ca}(\mathrm{OH}{)}_2$ が生じる。
• エ　硝酸アンモニウム $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3$ の結晶が多量の水に溶解する。
• オ　水蒸気が凝縮して、液体の水になる。

可逆反応 $\mathrm{A}\rightleftarrows \mathrm{B}$ が 1 段階で進むものとする。活性化エネルギーと遷移状態（活性化状態）に関する記述として誤っているものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、反応エンタルピーは正反応（$\mathrm{A}⟶\mathrm{B}$）についての値とする。

• ア　正反応が発熱反応であるとき、逆反応の活性化エネルギーは正反応の活性化エネルギーより大きい。
• イ　活性化エネルギーが大きい反応ほど、温度を上げたときの反応速度定数の増加の割合は小さい。
• ウ　遷移状態は、反応の経路の途中にあり、反応物 $\mathrm{A}$ や生成物 $\mathrm{B}$ よりもエネルギーが高い不安定な状態である。
• エ　正反応の活性化エネルギーと逆反応の活性化エネルギーの差の大きさは、反応エンタルピーの大きさに等しい。
• オ　正反応が吸熱反応であるとき、正反応の活性化エネルギーは反応エンタルピーの大きさより大きい。

断熱容器に入れた $25{}^{\circ }\mathrm{C}$ の水に、$25{}^{\circ }\mathrm{C}$ のある塩 X の固体を加えてかき混ぜたところ、外部から加熱も冷却もしていないのに X はすべて溶け、水溶液の温度は $25{}^{\circ }\mathrm{C}$ より低くなった。実験は一定圧力のもとで行い、容器と外部との熱の出入りはないものとする。

この X の水への溶解（X の固体 $⟶$ X の水溶液）について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。ただし、変化に伴うエンタルピー変化を $\Delta H$ で表し、発熱変化では $\Delta H<0$ とする。

• ア　水溶液の温度が下がったことから、この溶解は周囲に熱を放出する変化であり、$\Delta H<0$ である。
• イ　$\Delta H$ が正の値になる変化は、外部から加熱し続けない限り起こらない。
• ウ　X の水溶液から X の固体が析出する変化（溶解の逆向きの変化）の $\Delta H$ も、溶解と同じく正の値である。
• エ　溶解後の状態（X が溶けた水溶液）のエンタルピーは、溶解前の状態（X の固体と水）のエンタルピーより大きい。
• オ　同じ量の水に溶かす X の物質量を 2 倍にしても（すべて溶けるものとする）、溶解に伴って吸収される熱量は変わらない。

気体の可逆反応 ${\mathrm{H}}_2+{\mathrm{I}}_2\rightleftarrows 2\mathrm{HI}$ の正反応（右向きの反応）は発熱反応であり、正反応・逆反応とも 1 段階で進むものとする。この反応の活性化エネルギーと遷移状態（活性化状態）に関する記述として正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。

• ア　遷移状態にある原子の集合体は、反応物と生成物の中間にあるエネルギーの低い安定な物質なので、反応の途中で取り出して保存することができる。
• イ　正反応の活性化エネルギーは、逆反応の活性化エネルギーより小さい。
• ウ　同じ温度で比べると、活性化エネルギーが大きい反応ほど反応速度は大きい。
• エ　触媒を加えると、正反応の活性化エネルギーと逆反応の活性化エネルギーの差が小さくなる。
• オ　温度を上げると遷移状態のエネルギーが低くなるので、正反応の活性化エネルギーが小さくなり、反応速度が大きくなる。