ヘスの法則と熱化学方程式の関係 計算問題を解き、反応熱を求めてみよう【演習問題】

ヘスの法則と熱化学方程式の関係 計算問題を解き、反応熱を求めてみよう【演習問題】

 

科学的な現象を理解するためには、科学に関する基礎知識を身につけておくことがとても重要です。

 

例えば、ある物質の「原子量・分子量・式量」や化学平衡などさまざま用語を理解しておくといいです。

 

中でも、反応熱を求める方法として、ヘスの法則を利用して解く場合があります。

 

ここでは、「ヘスの法則」に関する内容について解説していきます。

 

・ヘスの法則とは?ヘスの法則とエネルギーの関係

 

・ヘスの法則の計算問題と解き方 式変形をうまく行い反応熱を求めよう【演習問題】

 

というテーマで解説していきます。

 

 

ヘスの法則とは?ヘスの法則とエネルギーの関係

 

ヘスの法則とは、「化学反応における反応熱は反応の経路によらず、反応物質の始状態と終状態のみで決まる」という法則のことを指します。

 

つまり、反応の前後の物質の状態だけで、反応熱が計算できる原理といえます。

 

 

後はこれに応じた式変形をすればいいのです。

 

以下で具体的な問題で計算に慣れていきましょう。

 

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ヘスの法則の計算問題と解き方 式変形をうまく行い反応熱を求めよう【演習問題】

 

それでは、メタンの燃焼反応の反応熱をヘスの法則を利用して求めていきましょう。

 

例題

 

黒鉛の燃焼反応: C(黒鉛) + O2 = CO2 + 394 kJ・・・・・・①
水素の燃焼反応: H2 + 1/2 O2 = H2O(液体) + 286kJ・・②
黒鉛と水素の反応: C(黒鉛) + 2H2 = CH4 + 75kJ ・・・・・ ③

 

という反応式から、メタン(CH4)の燃焼反応の反応熱を求めましょう。

 

解答
 
メタンの燃焼反応は CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + QkJとなります。

 

①、②、③式をうまく変形してこの式を作りましょう。

 

解き方のポイントとしては、各々の式をみたとき、求める式中の物質が各式に一つのみ含まれている物質に着目するといいです

 

 

 

まず、メタンに着目すると、メタンは左辺に来ているため、③式に× -1 をするとメタンは左辺にきて、CやH2が右辺に来ます。

 

このとき、変形後の③式の反応熱は -75kJとなっています。

 

次に右辺のCO2に着目すると、①式をそのまま利用すればいいことがわかります。

 

最後に、右辺のH2Oに着目すると ②式を×2すればいいことがわかります。

 

よってメタンの燃焼反応の反応熱Q = -75 + 394 + 2×286 = 891kJとなるのです。

 

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