H20(気)1mol中のO-H結合を、全て切断するのに必要な
エネルギーは何kJか。
ただし、H-Hおよび、O=Oの結合エネルギーはそれぞれ、436kJ/mol、498kJ/molである。
また、H2O(気)の生成熱[kJ/mol]は次の熱化学方程式で表されるものとする。
H2 + 1/2 O2 = H20(気) + 242kJ ・・・(1)
H2=2H-436kJ ・・・(2)
O2=2O-498kJ ・・・(3)
H2O=2H+O-2xkJ ・・・(4)
(1)に(2)(3)(4)を代入してx=463.5kJ/mol
H20(気)1mol中にO-Hは2molあるから、(←疑問点)
463.5×2=927kJ/mol ・・・(答)
H2OはO-H結合が2molあるから(4)は
H2O=2H+O-2xkJとおいた。
ここまではなんとかわかるんですが、
最後にもう一度2倍してるところが納得
できません。
(4)で結合を2xkJとおいてるのに、なぜまた最後に
2倍しなくてはならないのでしょうか。
※補足です
化学式がわかりづらいかもしれません。
O2は酸素が分子の状態
1/2 O2 はO原子が1個
H20は水(気体)という意味です。
よろしくお願いします。
No.6ベストアンサー
- 回答日時:
最後にもう1回だけ補足させてください。
H2O=2H+O-2xkJが求める式ですよね?その中でも、求めるのは2xkJ=H2O(H-O-H)1モルのO-H結合(2mol分)を、全て切断するのに必要なエネルギーです。
このkはxと置きましたが、O-H結合1モルの切断エネルギーです。水にはO-H結合が2モルあるわけですから、2倍したわけです。
さてこうして求めた結果、
2x=685+242=927
x=927/2=463.5(kJ/mol)
何回も言いますが、
2xではO-H結合2モル分で、
xではO-H結合1モル分です。
ここで、引っかかってるとおもわれるのが
>方程式の中に入れて計算したのに最後にさらに2倍するというのが納得できないんです・・・
2倍する前に、O-H結合2つ分はすでに求められてる
のではと思うんです。
というところですが、数学的な問題になると思います。繰り返しますが、求めたいのは
H2O=2H+O +( )kj/molです。
残念ながら、2倍しないとO-H結合2つ分のエネルギーは求められていません。O-H結合1モル分がxで、O-H結合2モル分が2xなんですから…。2xの2をとったらxでO-H結合1モル分になっちゃいます。おそらく、2xと置いているのにXを求めて、さらに2倍するというところに抵抗があるのでしょう?
1モル分求めるわけではないんだから、H2O=2H+O +( )kj/molの( )を直接xと置けばいいんです。
そうしたら
>2倍する前に、O-H結合2つ分はすでに求められてる
はずです。
まあ、世の中まず、受け入れることも大切ですよ。もちろん疑問を持つということも大切ですが。。。
何度もすみません。
もう一度じっくりじっくり考えてみます。
もしかしたら、他の問題に当たってるうちに、
ご回答下さったことがわかってくるかもしれ
ませんので、似たような問題も解いてみて、
頂いたご回答をたどります。
ご親切にありがとうございました。
No.5
- 回答日時:
下の補足です。
>1mol分を求めるならば、途中計算式のxはxのままで、2xと置く必要性がないのではと思うんです。
それは、逆だと思います。H2O(H-O-H)1モルのO-H結合(2mol分)を、全て切断するのに必要なエネルギーをXとおくことになるので、この場合は求めたxがそのまま答えになります。従って、2mol分のO-H結合を切るエネルギーが927になります。仮に1mol分の結合エネルギーを求めるとしたら、927/2にしないといけませんが…。
No.4
- 回答日時:
H2 + 1/2 O2 = H20(気) + 242
(2H-436)+1/2(2O-498)=(2H+O-2x)+242
2H-O-685=2H+O-2x+242
2x=685+242=927・・・(答)
求めたい式は、H2O=2H+O-2xkJです。
H2OはO-H結合が2つ(2mol)ありますよね。
ですから、2Xを求めないといけないわけで、上記のところでとめてもいいわけです。2で割って求めたxはあくまでもO-H結合1mol分で、水分子にはO-H結合が2molあるので、それを切るためにはエネルギーは2倍必要です。
この回答への補足
ありがとうございます。
>2で割って求めたxはあくまでもO-H結合1mol分で
ん~、途中でO-H結合が2つあるとわかってるから
「2xkJ」と置いたのに、答えは1mol分というのが
わかってないみたいです。
1mol分を求めるならば、途中計算式のxはxのままで、
2xと置く必要性がないのではと思うんです。
No.3
- 回答日時:
> H2OはO-H結合が2molあるから(4)は
> H2O=2H+O-2xkJとおいた。
ここで「2x kJ」の「x」が何かは解ってられますか? 「O-H」結合 1 [mol] の結合エネルギーです。
今問題で要求されているのは『H20(気)1mol中のO-H結合を、全て切断するのに必要なエネルギーは何kJか。』です。
「H2O = H-O-H」1 [mol] 中には「O-H 結合」が 2 [mol] あります。したがって,『H20(気)1mol中のO-H結合を、全て切断するのに必要なエネルギー』とは「O-H 結合 2 [mol] 分の結合エネルギー」となります。
その為,求まった x の値(O-H 結合 1 [mol] 分の結合エネルギー)を2倍する必要があります。
この回答への補足
ありがとうございます。
>ここで「2x kJ」の「x」が何かは解ってられますか? 「O-H」結合 1 [mol] の結合エネルギーです。
xがO-H結合1mol分ですよね。
O-H結合が水1mol中に2つ存在するから
「2xkJ」となるんですよね?
それを方程式の中に入れて計算したのに
最後にさらに2倍するというのが納得
できないんです・・・
2倍する前に、O-H結合2つ分はすでに求められてる
のではと思うんです。
No.2
- 回答日時:
別解を示します。
この手の問題は数学の連立方程式と同様に考えればよいです。求めたい式は
H2O=2H+O-2xkJ:(4)
というわけで(1)~(3)をうまく組み合わせて(4)と同じ式をつくればよいわけです。
つまり(2式)+(3式)*(1/2)-(1式)で出来上がりです。
(2式)+(3式)*(1/2):H2+O2*(1/2)=2H+O-436kJ-498/2kJ
上式を(5式)とする。
(5式)-(1式):
H2+O2*(1/2)-(H2+1/2O2)=2H+O-436kJ-498/2kJ-(H2O+242)
→0(ゼロ)=2H+O-436kJ-498/2-(H2O+242)
→H2O=2H+O-436kJ-498/2-242
というわけで上式の数字部分が2xに相当します。
熱力学の問題は連立方程式に見立てるとどの問題も機械的に解く事が出来ます。
ありがとうございます。
ご回答くださった解法で解くことができるとは
思うんですが、H-O-Hの結合とモル数のことも
合わせて疑問に思うことがありますので、
できれば、疑問点についてお答えいただけると
ありがたいです。
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