結合エネルギーに関する問題です。（高校化学）

結合エネルギーに関する問題です。
以下の３題お願いします。


結合エネルギー（kJ/mol）
Ｈ―Ｈ 436
Ｏ＝Ｏ 498
Ｏ―Ｈ 463


（１）
氷の結晶中の水分子を考えると、１個の水分子は４本の水素結合により隣接する４個の水分子と結ばれている。
０℃における氷の昇華熱は47kJ/molである。
氷における水素結合の結合エネルギーは、水素結合１molあたり何kJになるか。


（２）
２５℃の液体の水において、１molの水分子は何molの水素結合を形成していると考えられるか。
ただし、この時の結合エネルギーは（１）で求めたものと同じであるとする。


（３）
水の融解熱と蒸発熱を比べると、蒸発熱の方がはるかに大きい。
この理由を述べよ。





（１）（２）は有効数字二桁でお願いします。


また、実際にはこの３問の前に誘導として（？）
２５℃で、液体の水を生じるときの水素の燃焼熱は286kJ/molであることを用いて、水素の燃焼の熱化学方程式を書かせる問題と、

上記の結合エネルギーの値を用いて水の２５℃における蒸発熱を求めさせる問題がありました。



このふたつはできたので今回は省略させてもらいました。

よろしくお願いします。

No.2 回答者： htms42 回答日時： 2011/05/29 09:42

＃１では気体発生による仕事が気化熱、昇華熱の大部分を占めているという判断を示しています。

そうでしょうか。
荒っぽい見積もりをやってみます。
１気圧で物質１ｍｏｌが気体になれば体積は２３Ｌほど変わります。
膨張による仕事はｐ△Ｖ≒２．３ｋＪです。
昇華熱として与えられている４７ｋＪの５％ほどです。
従って残りの９５％は水素結合を切るエネルギーだということになります。
融解熱、蒸発熱の値が与えられていませんので（２）（３）に答えることはできません。
初めに与えされている
Ｈ－Ｈ，Ｏ＝Ｏ，Ｏ－Ｈの結合エネルギーの値はどこに関係するのでしょうか。
水素結合を考えるのであれば関係のない量です。

参考
化学便覧には
融解熱　　６．０１ｋＪ／ｍｏｌ（０℃）
蒸発熱　４５．０５ｋＪ／ｍｏｌ（０℃）
　　　　４３．９９ｋＪ／ｍｏｌ（２５℃）
　　　　４０．６６ｋＪ／ｍｏｌ（１００℃）
という値が載っています。

化学便覧には氷の昇華熱は載っていません。
０℃での融解熱と０℃での蒸発熱を足すと０℃の昇華熱が求められるはずです。
５１．０６ｋＪ／ｍｏｌになります。
※検索すると５０．７１ｋＪ／ｍｏｌという数値が見つかりました。異なる理由はよく分かりません。
※問題文の中にある４７ｋＪ／ｍｏｌという数値は「？」です。差がおおきすぎます。

０℃の昇華熱から気体発生での仕事を差し引いた分と０℃での融解熱の比を取るとほぼ８になります。
これは融解によって切れた水素結合の割合を表していると考えられます。融解で初めに存在していた水素結合の１／８が切れている、７／８の結合は残っているということになります。ただこの残っている水素結合は固定的なものではなくてあるところで切れれば別のところで繋がるというような流動的なものだそうです。（固定的な構造については別の話です。）　

融解で必要なエネルギーが水素結合を１／８だけ切ってしまうエネルギーに相当するということは数値から導かれることですが、それに対応する構造がどういうものであるかについては私にはまだはっきりとは分かりません。

No.1 回答者： doc_sunday 回答日時： 2011/05/28 21:28

(３)が一番簡単なので、

…水の融解時には体積は減ります。つまり外に対して行う仕事が負なのです。気化の時は体積が非常に大きくなります。つまり外部に仕事をするわけです。この仕事のエネルギーが気化熱として与えられなくてはなりません。

>水の２５℃における蒸発熱を求めさせる問題
この答えがないと(2)の正解を求めるのはメンドイです。まちがえる可能性大。(--;

(１)は一分子当たり二個の水素結合が壊れると考えて下さい。

この回答へのお礼

わざわざありがとうございます。


水の蒸発熱は確か45kJでした。
気が向いたらお願いします(笑)

お礼日時：2011/05/28 21:42