水素と酸素から液体の水ができる反応は、反応エンタルピーを付して次のように表される。
これをもとに、液体の水 を水素と酸素に分解する反応
の の値を求めよ。ただし、どちらの反応も同じ温度・圧力のもとで考えるものとする。
化学反応とエネルギー
扱うテーマ: 反応エンタルピーと熱化学反応式、ヘスの法則、結合エネルギーから反応エンタルピーを求める、比熱と温度変化から発熱量を求める
難易度の目安（高校化学）
- 難易度 1 教科書の例題レベル
- 難易度 2 教科書の章末問題レベル
- 難易度 3 共通テストレベル
- 難易度 4 国公立二次の標準レベル
- 難易度 5 難関大の二次レベル
メタン の燃焼は、反応エンタルピーを付して次のように表される。
メタン を十分な量の酸素で完全に燃焼させたとき、発生する熱量は何 か。有効数字 3 桁で求めよ。ただし、原子量は 、 とし、反応は上の式と同じ温度・圧力のもとで起こるものとする。
水素と酸素から水ができる反応について、生じる水が液体のときと気体のときの反応エンタルピーは、それぞれ次のように表される。
これらを用いて、液体の水 が蒸発する変化
の の値を求めよ。ただし、すべての変化は同じ温度・圧力のもとで考えるものとする。
断熱容器に入れた水 に、固体の水酸化ナトリウム を加えて完全に溶かしたところ、水溶液の温度が 上昇した。
水酸化ナトリウム が水に溶けるときに発生する熱量は何 か。有効数字 2 桁で求めよ。
ただし、原子量は 、、 とし、水溶液の比熱は とする。発生した熱はすべて水溶液の温度上昇に使われ、容器や周囲への熱の出入りはないものとする。
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。
エチレン （気）と水素 （気）が反応してエタン （気）ができる反応は、次の反応式で表される。
（気）の生成エンタルピーを 、（気）の生成エンタルピーを とするとき、 の値を整数で求めよ。ただし、単体の生成エンタルピーは とする。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。熱容量が の熱量計（容器）に入れた水溶液の中で発熱反応を起こしたところ、水溶液と熱量計の温度がともに 上昇した。反応後の水溶液の質量は 、比熱は である。この反応で発生した熱量は何 か。有効数字 2 桁で答えよ。ただし、発生した熱はすべて水溶液と熱量計の温度上昇に使われ、外部には逃げないものとする。
次の 3 つの値を用いて、メタン の 結合の結合エネルギーは何 か。整数で求めよ。ただし、メタン分子の 4 つの 結合の結合エネルギーはすべて等しいものとする。
- （気）の生成エンタルピー:
- 黒鉛の昇華エンタルピー（）:
- 結合の結合エネルギー:メタン とプロパン の混合気体が合計 ある。この混合気体を完全燃焼させたところ、 の熱が発生した。メタンとプロパンの燃焼エンタルピーをそれぞれ 、 とするとき、混合気体に含まれていたメタンの物質量は何 か。有効数字 2 桁で答えよ。ただし、燃焼で生じる水はすべて液体になるものとする。
断熱容器に の水 を入れ、同じ温度の固体の水酸化ナトリウム を加えてすばやく完全に溶かしたところ、水溶液の温度は まで上がった。水酸化ナトリウム が水に溶けるときに発生する熱量は何 kJ か。有効数字 2 桁で答えよ。
ただし、原子量は , , とし、水溶液の比熱は とする。発生した熱はすべて水溶液の温度上昇に使われ、容器や周囲への熱の出入りはないものとする。
プロパン の燃焼は、次の反応エンタルピーを付した反応式で表される。
プロパン を、十分な量の酸素と一定圧力のもとで完全に燃焼させ、生じた水はすべて液体になったとする。この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。
次の 2 つの反応エンタルピーを付した反応式が与えられている（どちらも同じ温度・圧力での値）。
黒鉛から一酸化炭素が生じる反応
の反応エンタルピー は何 kJ か。同じ温度・圧力での値として、整数で求めよ。、 において、黒鉛 、水素 、エタノール （液体）の燃焼エンタルピーは次のとおりである。ただし、燃焼で生じる水はすべて液体とする。
- 黒鉛 :
- 水素 :
- エタノール （液体）:
これらの値を用いて、液体のエタノールの生成エンタルピーは何 か。整数で答えよ。
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。
、 におけるエチレン（気体）、水素（気体）、エタン（気体）の燃焼エンタルピーは、それぞれ 、、 である。ただし、燃焼で生じる水はすべて液体とする。
これらの値を用いて、 の値を求めよ。整数で答えよ。
発泡ポリスチレンの断熱容器に の水 を入れ、同じ温度の硝酸アンモニウム の結晶 を加えてすばやくかき混ぜ、完全に溶かした。このとき、水溶液の温度は下がり、最低で になった。
水溶液の比熱は とし、容器や外部との熱の出入りはないものとする。原子量は 、、 とする。
この実験の結果から求められる、硝酸アンモニウムの溶解エンタルピーは何 か。有効数字 2 桁で答えよ。
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。
熱量計の容器に の水 を入れ、容器内でエタノール （液体） を十分な量の酸素と完全燃焼させた。燃焼で生じた熱はすべて水と容器に吸収され、水と容器の温度はどちらも になった。
水の比熱は 、容器の熱容量は とし、熱は外部に逃げないものとする。燃焼で生じた水と二酸化炭素、加えた酸素が吸収する熱は無視する。原子量は 、、 とする。
この実験の結果から、エタノール が完全燃焼するときに放出される熱量は何 kJ か。有効数字 2 桁で求めよ。
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。
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。
アンモニア は燃焼しても二酸化炭素を出さない燃料として注目されている。アンモニアを完全燃焼させると、窒素 と水 が生じる。
、 におけるアンモニア（気体）の生成エンタルピーは 、水（液体）の生成エンタルピーは である。
アンモニアを完全燃焼させて の熱を得るには、アンモニアは何 必要か。ただし、反応は 、 で行い、生じる水はすべて液体とする。原子量は 、 とし、有効数字 2 桁で答えよ。
アルコールランプでエタノール （液体） を完全燃焼させ、ビーカーに入れた の水 を加熱した。燃焼で発生した熱のうち だけが水の温度上昇に使われ、残りは周囲に逃げたものとする。
エタノール（液体）の燃焼エンタルピーは 、水の比熱は とする。また、水の蒸発は無視し、原子量は 、、 とする。
加熱後の水の温度は何 か。有効数字 2 桁で答えよ。
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 4 つの反応エンタルピーを付した反応式が与えられている（いずれも 、 での値）。
メタン とプロパン だけからなる混合気体があり、その物質量の合計は である。この混合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ころ、放出された熱量は であった。反応熱はすべて 、 での値を用いてよいものとする。
混合気体に含まれていたプロパンの質量は何 g か。原子量は 、 とし、有効数字 2 桁で求めよ。
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。
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。
、 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。
赤熱したコークス（黒鉛とみなす）に水蒸気を通すと、次の反応で一酸化炭素と水素が得られる。
この反応は吸熱反応であるため、必要な熱は、別に用意した黒鉛を酸素で完全燃焼させて二酸化炭素にすることで供給する。
、 における次のデータを用いる。
- 黒鉛の燃焼エンタルピー:
- 一酸化炭素（気体）の燃焼エンタルピー:
- 水素（気体）の燃焼エンタルピー: （生じる水は液体）
- 水の蒸発エンタルピー:
反応 によって水素 をつくるとき、反応 で消費される黒鉛と、熱を供給するために燃焼させる黒鉛を合わせて、黒鉛は何 必要か。有効数字 2 桁で答えよ。ただし、反応はすべて 、 で完全に進むものとし、燃焼で発生した熱はすべて反応 に使われるものとする。原子量は とする。
塩化ナトリウムの結晶 を、気体状態のナトリウムイオンと塩化物イオンにばらばらにするときの反応エンタルピー（格子エネルギー）を、次の反応の として求めたい。
、 における次のデータを用いる。
- （固体）の生成エンタルピー:
- （固体）の昇華エンタルピー:
- 原子（気体）の第一イオン化エネルギー:
- の結合エネルギー:
- 原子（気体）の電子親和力:
ここで、イオン化エネルギーは気体の原子 から電子を 取り去って 価の陽イオンにするのに必要なエネルギー、電子親和力は気体の原子 が電子を 受け取って 価の陰イオンになるときに放出されるエネルギーである。また、これらの値はそのまま反応エンタルピーの大きさとして扱ってよい。
の値を求めよ。整数で答えよ。
密閉容器に黒鉛 と酸素 を入れて点火したところ、黒鉛と酸素はどちらも残らずに反応し、生成物は一酸化炭素 と二酸化炭素 だけであった。
、 における黒鉛の燃焼エンタルピーは 、一酸化炭素（気体）の燃焼エンタルピーは である。反応前後の物質はすべて 、 にあるとみなし、反応エンタルピーはこれらの値から計算できるものとする。原子量は 、 とする。
この反応で発生した熱量は何 か。有効数字 2 桁で答えよ。
酸化マグネシウム の生成エンタルピーは、マグネシウムを直接燃焼させて測定するのが難しいため、次の実験 I、II の結果とヘスの法則を用いて求めることにした。
実験 I 断熱容器に入れた の塩酸 に、マグネシウム の粉末 を加えたところ、マグネシウムはすべて溶けて水素が発生し、水溶液の温度は最高で になった。
実験 II 実験 I と同じ濃度・温度の塩酸 を別の断熱容器に入れ、酸化マグネシウムの粉末 を加えたところ、酸化マグネシウムはすべて溶け、水溶液の温度は最高で になった。
いずれの実験でも塩酸は十分な量あり、水溶液の比熱は 、温度上昇に使われる水溶液の質量は とする（加えた固体の質量は無視する）。また、容器や発生した水素への熱の移動、外部との熱の出入りは無視する。水（液体）の生成エンタルピーは 、原子量は 、 とし、反応はすべて 、 で行われたものとみなす。
これらの結果から求められる、酸化マグネシウム（固体）の生成エンタルピーは何 か。有効数字 3 桁で答えよ。
条件に合う問題はありません。