• 締切済み

定積下におけるエンタルピー変化

安息香酸0.5グラムを定積ボンベで燃焼させた。水の温度は20度から23度まで上昇した。1モルあたりのエンタルピー変化を求めよという問題が分かりません。 定積モル比熱の値は与えられており、内部エネルギーは求められました。 定積だと ΔH=ΔU+Δ(PV)=ΔU+VΔP になってVΔPが分かれば求められると考えたのですが、状態方程式を使うとΔ(PV)=ΔnRT+nRΔTとなりますよね?モル数が一定か温度が一定ならΔ(PV)=ΔnRTもしくはΔ(PV)=nRΔTとなり求められますが、モル数((15/2)O2→7CO2)も温度も変化している場合はどうなるのでしょうか? また、定積下におけるエンタルピー変化はなにを表すのでしょうか?

  • 化学
  • 回答数2
  • ありがとう数1

みんなの回答

  • jamf0421
  • ベストアンサー率63% (448/702)
回答No.2

まだ系の事態を把握していない気がします。 >「水の熱容量×温度変化×安息香酸のモル質量」で求めましたが間違っている > でしょうか? これでは何を求めたのか分かりません。水の熱容量(J/K・kg)×温度変化(K)は水の重量あたりの吸熱量(J/kg)に対応します。これに水の量をかけてやれば水が受け取った熱量となります。 > ボンベを水中に沈めて安息香酸を完全に燃焼させたという問題で、 > そのときの水の温度変化です。 この話だとボンベの熱容量が必要なのですが、無視なのでしょうか。つまり水の昇温がそのまま反応熱になるのでしょうか。それでよいなら水の量がW kg、水の単位重量あたりの比熱をC J/(K・kg)とすれば、水の受け取った熱量は Q=CW(23-20)=3CW...(1) となり、これが反応熱となります。因みにボンベの容積とか、初期の圧力とかの数字はないのですね。

  • jamf0421
  • ベストアンサー率63% (448/702)
回答No.1

これだけでは状況がよくわかりません。安息香酸を燃焼させれば C7H6O2+(15/2)O2→7CO2+3H2O です。”水の温度は20度から23度まで上昇した。”とはどこで何が起きたのでしょう?1 mol当たりの意味は燃焼反応(1)が起きた時の安息香酸1 mol消費あたりの反応のエンタルピー変化という意味でしょうか?この反応の内部エネルギー変化が定積モル比熱だけでわかったのでしょうか?

danlife
質問者

補足

返事が遅れまして大変申し訳ありません。 問題に不足がありました。ボンベを水中に沈めて安息香酸を完全に燃焼させたという問題で、そのときの水の温度変化です。また、与えられている値は定積モル比熱と書きましたが水の熱容量です。 内部エネルギーの変化量は「水の熱容量×温度変化×安息香酸のモル質量」で求めましたが間違っているでしょうか?そして、そのあとのΔ(PV)の求め方が分からないのです。

関連するQ&A

  • エンタルピーの計算

    エンタルピーの計算問題があるのですが、いまいちよく分かりません。 問題 体積一定のボンベ熱量計を用いて炭化タングステンWCを燃焼させたら1 molのWC燃焼に伴う内部エネルギー変化ΔU(300 K)は-1192 kJであった。300 KにおけるΔHはいくらか? このような問題なのですが・・・。 自分が考えた過程を書きます。 H=U+PV の式の両辺にΔを作用させて ΔH = ΔU + VΔP + PΔV ただし体積一定より ΔH = ΔU + VΔP ・・・(1) ここで状態方程式 PV = nRT の両辺にΔを作用させて VΔP + PΔV = RTΔn + nRΔT ただし体積、温度一定より VΔP = RTΔn よってこの式を(1)に代入して ΔH = ΔU + RTΔn ・・・(2) それで、ここからΔnを求めたいのですがよく分かりません。 自分としては U = 3/2nkT (k:ボルツマン定数)の両辺にΔを作用させてΔU = 3/2kTΔn これに値を代入して 1192 = 3/2*1.381*10^-23*300*Δn よってΔn=1.918*10^23になるのか、とも考えましたが、さすがにΔnが大きすぎます・・・。 どなたかお分かりになる方、ご教授ください。お願いいたします。

  • 可逆変化と不可逆変化

    P-V図でPV=nRTに従って平衡状態を保って変化するのが可逆変化、そうでないのが不可逆変化という認識をしています。 でも、その場合不可逆変化ではPV=nRTが成立してないことになり納得できません。 例えば、等温変化を行う際に外圧(5atm)を一定にして変化させたとします。(気体(系)の圧力10atm→5atm) 問題の内容は重要でないので省略して要点のみ述べますが、 「温度変化ゼロよりΔU=0、外圧一定よりw=-PexΔVであるので、q=PexΔV」 といった流れでした。しかし、ここで疑問です。仕事を求める際に外圧を用いていますが、それでは気体(系)の圧力はどうなっているのでしょうか? Pexと同じ大きさなのでしょうか?でも、その場合だとPもTも一定となってVも変化しないと思うのですが・・・。PV=nRTが成立しないと言われればそれまでですが、それではPV=nRTが成立する条件とは理想気体であること以外に何があるのでしょうか? 疑問点をまとめると、 (1)不可逆変化ではPV=nRTが成立しないことがあるのか? (2)PV=nRTが成立する条件は何か? です。 ご協力よろしくお願いします。

  • 熱力学の恒等式はどのような変化を表していますか。

    大学熱力学の初学者です。基礎知識は高校物理+エントロピー、エンタルピー程度です。 先日、     dU = TdS - PdV という式(「熱力学の恒等式」)を知りました。 この式ではTとPは定数として扱われているようですが、 これは、等温変化なのでしょうか?       定圧変化なのでしょうか?      (それとも温度と圧力を一定にした変化が可能なのでしょうか?) 気体の状態方程式PV=nRTから考えると TとPを一定にすると、自動的にVも定まってしまい、変化しようがないように思うのですが。 お忙しいところ、お手数をおかけしますが、どうかよろしくお願いします。

  • 理想気体の状態変化

    画像の(3)の①の答えまでの導き方が、『pV=(5Pο―PοV/Vο)=―Pο/Vο{(V―5Vο/2)^2―25Vο^2/4}=―Pο/Vο(V―5Vο/2)^2+25PοVο/4 PVは、V―5Vο/2=0のとき、最大値25PοVο/4をとる。25PοVο/4=25/4・nRTο/4=25nRTο/16=nRT よって、T=25Tο/16』となっていて、問題の下に書いてある【考え方】が、【経路A→Cにおけるp-Vの関係 p=5Pο―PοV/Vο n=一定のとき、温度TはpVに比例するので、pVが最大になるときのTが最高温度になる。pV=(5Pο―PοV/Vο)=(最大)となるVからTを導く。】となっているのですが、 ・なぜ、p=5Pο―PοV/Vοになるのか? ・(5Pο―PοV/Vο)V=~25nRTο/16=nRTまでの導き方 の2つが全く分かりません!長文でごちゃごちゃしてて、分かりにくいかもしれませんが、分かる方がいたら教えて下さい! ちなみに、状態方程式:4PοVο=nRTοです

  • 微小断熱変化

    微小変化なら気体がした仕事WはPΔVと表せ、かつ断熱変化だからQ=0でΔU=-W。ということは、ΔU=3/2nRΔT,W=PΔV=nRΔTだから3/2nRΔT=-nRΔTと考えたのですがこれではΔT=3/2ΔTとなってつじつまが合いません。どこで間違ったのでしょうか。教えてください・・・・

  • エンタルピーの意味

     熱力学で最初に習ったときからの疑問です。内部エネルギーUが、系が内包しているエネルギーとまず定義されるのですが、それとは違って、圧力Pと体積Vを用いて、 H=U+PV で定義されるエンタルピーなる量を定義する必要、意味はあるのでしょうか。なぜ、定圧変化では、反応熱を表すのに、内部エネルギー変化でなく、エンタルピー変化を用いるのでしょうか。熱力学第一法則は、 ΔU=Q+W ですが、定圧変化で ΔH=ΔU+P・ΔV ならば、 ΔH=Q なので、わざわざ内部エネルギーなどを定義する必要がない気が、最初に習ったときからしています。 (1)エンタルピーの意味 (2)エンタルピー変化と熱(Q)の違い について、ご教示願いします。よろしくお願いします。

  • エンタルピーの定義式について疑問

    題記の通り、エンタルピー(H)に関する基礎的な質問です。 H=U+PVがエンタルピーの基本的な式と捉えています Hが変化した場合ΔH=ΔU+ΔPVとなります ΔU=(U2-U1) ΔPV=(P2V2-P1V1)…1 通常熱力学(第一法則)分野での表記は上記でよろしいと考えています これらを踏まえて質問です 熱力学分野で ΔPV=PΔV+VΔP…2 と表記されている場合がありますが1と2の式は同じにならないと思います…(多分私の勘違いと思いますが) 1と2の式は同じ(等式)で結べるのでしょうか? 単純な掛け算だけですが1や2のように表示されると訳がわからず困っています 出来れば解りやすく解法を記述していただければ幸です

  • 断熱変化

    問題:nモルの単原子理想気体を断熱圧縮して温度をΔT変化させた。気体に加えた仕事はいくらか。気体定数をRとする。 解:ΔU=0(Q)+W よってW=3/2×nRΔT となっています。この解説はわかるのですがなぜそのままW=Δ(PV)=nRΔTだと間違いとなってしまうのでしょうか?どなたかご回答おねがいします。

  • エンタルピーの問題。

    問題は 「フッ化炭素では蒸発エンタルピーΔvapH゜=+26.0kj/molである。これが250K、750Torrで1.5molだけ蒸発したときのq、w、ΔH、ΔUを求めよ。」です。 まず、仕事量を求めるためにpvを求めました。 pv=1.5(mol)×0.082×250(K) =3.1182 w=pΔVより3.12  ここまでは正解したんですが、ここからどう展開していいかわかりません。 ヒントをいただけるとありがたいです。 宜しくお願いします。

  • 熱力学の問題 大学受験

    よろしくお願いします。 大学受験問題の熱力学の分野の問題です。 問題 ピストンがあり、二部屋に分かれていて、左がA、右がBです。Aの左には加熱器α、Bの右には冷却器βがとりつけてあります。 A,B内には、気体がnモルずつ入っていて、はじめの圧力、体積、温度はともにP0,V0, T0である。加熱器αから熱を与えると、ピストンは滑らかに動きBの体積は、V0/2となった。この間、冷却器βで熱を奪い、B内の温度はT0に保たれている。気体の定積モル比熱をCvとし、α、β以外は断熱材でできているものとする。 A内の気体の内部エネルギーの増加はいくらか。 解説 A,Bの圧力はたえず等しいことに注目する。---☆ 後の圧力をPとして、まずBの気体について、PV=一定よりP=2P0 Aもこの圧力だから、2P0×3V0/2=nRTa はじめはP0×V0=nRT0 よりTa=3T0 ∴ΔUa=nCvΔT---☆☆ =nCv(ΔTa-ΔT0)=2nCvT0 この解説でわからないところが3つあります。 まず、☆のところですが、どうして、ABの圧力はたえず等しいのでしょうか?Aは温度上昇して、仕事をしているので、圧力もあがっていそうに思います。 二つ目は、☆☆のところで、この式がどこからでてきたのかわかりません。左辺がQならQ= nCvΔTとなると思いますが・・・。 ΔU=W+Qからでしょうか? でもそうだとすると、W=0とみなしていることになりますが、体積変化しているので、W=0ではないと思います。 三つ目は☆☆のところで、右辺にCvが使われているのはどうしてでしょうか? ☆☆の式は、Aについて式をたてているのだと思います。 Cvは定積モル比熱だと思いますが、今回の反応は定積の反応ではないと思います。A内は体積が変化しています。にもかかわらず、どうして、定積モル比熱が使われているのでしょうか? わかりにくいところがあれば、補足させていただきますので、よろしくお願いします。