ヘスの法則の問題

熱化学方程式で連立方程式を使うかエネルギー図を使うかどう判断するのでしょうか。できればエネルギー図を使いたいですが、複雑なものは、生成物の生成熱も反応物の生成熱も分かりにくいので・・・。

No.4 回答者： htms42 回答日時： 2008/11/08 07:36

＃２です。

＞反応熱Ｑの値を求めるのですが、生成物のCO(気)の生成熱も反応物のCH4(気)とH2O(気)の生成熱の求め方も分からなくて、エネルギー図から答えを導けません。どうしたらいいでしょうか。

ＣＨ４＋２Ｏ２＝ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ＋Ｑ’ｋＪ
の反応熱がＣＨ４，ＣＯ２，Ｈ２Ｏの生成熱から分かるという問題を想定していますね。これを公式のように書いている参考書もあるようです。それでＣＯ，Ｈ２Ｏの生成熱が与えられていないので出来ないと考えられたようです。でもそれは１つの場合です。
ヘスの法則の内容は「同じ反応物質からスタートして同じ生成物質に行く道筋が２つあるとき反応熱は経路によらない」というものです。そういう関係が成り立っていれば生成熱であるとは限らないのです。
この関係を使うと測定の難しい反応の反応熱を測定の楽な反応熱の組み合わせで求めることが出来るようになります。

だからその２つの道筋を見つけ出せば良いのです。

ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ＝ＣＯ＋３Ｈ２＋ＱｋＪ・・・・(1)
２Ｈ２＋Ｏ２＝２Ｈ２Ｏ＋４８４ｋＪ　・・・・(2)
２ＣＯ＋Ｏ２＝２ＣＯ２＋５６６ｋＪ　・・・・(3)　
ＣＨ４＋２Ｏ２＝ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ＋８０２ｋＪ・・・・(4)

(2)、(3)、(4)は燃焼の式です。最終生成物はＣＯ２とＨ２Ｏです。
(1)はＣＨ４を一旦ＣＯとＨ２に変えています。それを(2)と(3)で燃やしてＣＯ２とＨ２Ｏに変えています。これで２つの道筋が見えてきました。(1)でＨ２ＯをＣＨ４に反応させている所の扱いが少し難しいかもしれません。
(4)が基本です。
（Ａ）ＣＨ４＋２Ｏ２
　　｜
　　｜８０２ｋＪ・・・(4)より
　　↓
（Ｂ）ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ

(2)の反応の道筋を通るためにはＨ２Ｏが必要です。Ｈ２Ｏを（Ａ）（Ｂ）に足しておきます。どちらの道筋を通っていくことも出来るように反応材料になる物質を用意しておくのです。


（Ａ'）ＣＨ４＋２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ
　　｜
　　｜８０２ｋＪ
　　↓
（Ｂ'）ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ＋Ｈ２Ｏ

（Ａ'）から(1)、(2)、(3)の道筋で（Ｂ'）に到達することが出来ます。
（Ａ'）ＣＨ４＋２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ
　　　↓　ＱｋＪ・・・・(1)より
（Ｃ）ＣＯ＋３Ｈ２＋２Ｏ２
　　　↓（3/2)×４８４ｋＪ・・・(2)より
（Ｄ）ＣＯ＋３Ｈ２Ｏ＋(1/2)Ｏ２
　　　↓（1/2)×５６６ｋＪ・・・(3)より
（Ｂ'）ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ＋Ｈ２Ｏ

したがって
Ｑ＋７２６＋２８４＝８０２
Ｑ＝８０２－１０１０＝－２０８
（－）がつきましたから吸熱反応です。エネルギーの高さの順で言うと
上から（Ｃ）、（Ａ'）、（Ｄ）、（Ｂ'）です。

式でやる方法も書いておきます。
(1)、(2)、(3)を組み合わせて(4)を作ることが出来ます。これは２つの反応経路が存在するということと同じです。
(4)のなかにはＣＯ，Ｈ２は出てきませんので(1)、(2)、(3)からＣＯ，Ｈ２を消去すると(4)が出てきます。(1)、(2)、(3)の組み合わせで出てきた式の中の反応熱はＱを含んでいます。それが８０２ｋＪと等しいということでＱが求まります。

No.3 回答者： rad-cost 回答日時： 2008/11/07 09:46

そもそもエネルギー図が簡単に書けて、それを見て解けるような問題であれば連立方程式でも簡単に解けます。

したがって、基本は連立方程式です。エネルギー図は理解のためであって、計算のためではないと思うべきです。
なお、連立方程式を解くにあたって、闇雲に式をいじるのではなく、計算の方向性を考えて解けば効率がアップするはずです。

ついでですが、生成熱、燃焼熱、水素化熱などの定義（それぞれ左辺に来るか、右辺に来るか、発生する熱なのか、吸収する熱なのか、どの物質の係数が１になるかなど）を確実に覚えていますか？これらは厳密に定義されており、その理解が不十分なことが間違いの原因になることも多いです。

No.2 回答者： htms42 回答日時： 2008/11/07 07:58

連立方程式で解くというのもできますが数学的な操作だけの事になってしまいます。

何が起こっているのかを考えなくても解けてしまいます。
エネルギー図は何が起こっているのかを知る手がかりになります。
どちらでやるにしろ必要な式は同じです。
ただエネルギー図の場合、組み立てに少し工夫が必要です。

反応例を補足してもらえると説明できると思います。
連立方程式で解いた事のある問題を例に挙げてみてください。
ついでにどういう点でつまづいたか、難しく感じたかも書き添えてもらうとありがたいです。

この回答への補足

こんな問題です。
CH4(気)+H2O(気)=CO(気)+３H2(気)+Ｑkj

２H2(気)+O2(気)=２H2O(気)+484kj……①

２CO(気)+O2(気)=２CO2(気)+566kj……②

CH4(気)+２O2(気)=CO2(気)+２H2O(気)+802kj……③

反応熱Ｑの値を求めるのですが、生成物のCO(気)の生成熱も反応物のCH4(気)とH2O(気)の生成熱の求め方も分からなくて、エネルギー図から答えを導けません。どうしたらいいでしょうか。よろしくお願いします。

補足日時：2008/11/07 13:34

No.1 回答者： doc_sunday 回答日時： 2008/11/06 23:18

出来るだけどの様な方法でも解けるようにしましょう。

二つ以上の方法を付き合わせて検算します。