H2Oの生成熱、H2の解離熱、O2の解離熱はそれぞれ-241.84kJ/mol、435.14kJ/mol、497.90kJ/molである。H-O結合の結合エネルギーを途中式も含めて教えてください。有効数字五桁です。

回答よろしくお願いします

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A 回答 (2件)

 結合エネルギーとは,その結合を切る為に最低限必要なエネルギーです。



 求めるOHの結合エネルギーであれば、O-H の結合を切る反応を行わせる時に必要なエネルギーで、エネルギーをQとすると、その反応を模式的に書けば

 O-H + Q → O + H

ここで、与えられた条件を上の考えに当てはめると

 H2 → 2H   H2 + 435.14 = 2H (式1)
 O2 → 2O   O2 + 497.90 = 2O (式2)


ここで,H2Oは、H-O-H とみれるため、O-H 結合2つが重なっている事と同じであり、
 H2O の生成するのエネルギーをQと仮定すると熱化学方程式は、
 
 2H+O → H-O-H
 2H+O = H-O-H +Q となり、与えられた条件から

 2H + O = H-O-H + (-241.84) (式3)

とあらわされる。

ここで、式3へ式1、式2を代入すると、

(H2+435.14) + 1/2*(O2+497.90) = H-O-H + (-241.84)

∴H2 + O + 925.93 = H-O-H

 従って求めるOHの結合エネルギーは上記の半分となり、
 925.93 ÷2 =462.965 ≒462.97 KJ/mol

ヘスの法則でググれば色々判ると思います。
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#1のご回答の中の式3は違っています。


「生成熱」の定義は「化合物1モルを成分元素の単体から合成する」ときの反応熱です。

H2+(1/2)O2-242kJ=H2O
になります。

有効数字5桁なんて数値の出くる不思議な問題を深く考える気にはなれません。
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Qこの場合のギブスエネルギーの変化量を教えてください

大学二年生の化学熱力学の教科を学んでいるのですが。。。
全くわからない問題があります!
室温298K、0.022molの理想気体が圧力が17.0MPaから100KPaに変化した。
この過程でのギブスエネルギーの変化量はいくらか。
という問題です。
物質量はどこで使うのですか?
計算過程もお願いします。
また、こういう問題は何を考えれば解けるのかアドバイスお願いします。

Aベストアンサー

ギブス自由エネルギー(G)の定義は
G = H - TS
H: エンタルピー (J)
S: エントロピー (J/K)
T: 環境温度 (K)

ギブス自由エネルギー変化量(ΔG)は
ΔG = ΔH - TΔS

エンタルピー,エントロピーは対象とする系の
1)温度
2)圧力
3)物質の相の数
4)各相での各成分量
が決まると計算できます。

言いかえると、上記1)2)3)4)のどれかが変化するとエンタルピー,エントロピー、そしてギブス自由エネルギーも変化します。

問題を上記1)2)3)4)に照らし合わせると、
1)温度は変化したと記述していないので一定
2)圧力は17MPaから100KPaに変化
3)相(気相、液相、固相)の数は理想気体が凝縮して液体になった、と記述していないので一定
4)各相での各成分量、この場合、気相の理想気体の種類が増えた減った、0.022molが増えた減ったと記述していないので一定

3)4)はちょっと強引なところありますが、幅広く題意を捉えるための説明です。

まずエンタルピー変化ΔHを計算します。
結論から言うとΔH = 0です。
理想気体1mol当たりのエンタルピーは温度変化した場合にのみ変化し、圧力により変化しません。
これは理想気体の状態式(PV=RT)とエンタルピー計算式(微分形で与えられます)から導出されます。
圧力は変化していますが温度が変化していないのでΔH = 0。

次にエントロピー変化ΔSを計算します。
理想気体1mol当たりのエントロピーは温度変化、圧力変化で変化します。
温度変化は無いので温度変化相当のΔSは0。
圧力変化相当のΔSは理想気体の状態式(PV=RT)とエントロピー計算式(これも微分形)から導出され
-nR*ln(P1/P0)・・・微分形を圧力P0からP1まで積分した結果
となります。

n 理想気体mol数: 0.022 (mol)
R 理想気体定数: 8.31 (J/mol.K)
P0 変化前の圧力: 17MPa = 17000KPa
P1 変化後の圧力: 100KPa

圧力変化相当のΔS = - 0.022 x 8.31 x ln(100/17000) = 0.934 (J/K)

まとめますと

ΔG = ΔH - TΔS
ΔH = 0
T 環境温度: 298 (K)
ΔS = 0.934 (J/K)
ΔG = 0 - 298 x 0.934 = - 278.3 (J)

まどろっこしい説明になりましたが理想気体の圧力変化に伴うギブス自由エネルギー変化量(ΔG)は
ΔG = nRT*ln(P1/P0)
でさっと計算できます。

ギブス自由エネルギー(G)の定義は
G = H - TS
H: エンタルピー (J)
S: エントロピー (J/K)
T: 環境温度 (K)

ギブス自由エネルギー変化量(ΔG)は
ΔG = ΔH - TΔS

エンタルピー,エントロピーは対象とする系の
1)温度
2)圧力
3)物質の相の数
4)各相での各成分量
が決まると計算できます。

言いかえると、上記1)2)3)4)のどれかが変化するとエンタルピー,エントロピー、そしてギブス自由エネルギーも変化します。

問題を上記1)2)3)4)に照らし合わせると、
1)温度は変化したと記述していないので一定
2)圧力は17MPaか...続きを読む


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