熱化学方程式の解法

質問

こんばんは。
熱化学方程式の分野がわかりません。
授業で習ったと思うのですがわすれてしまいました＞＜
参考書にはアバウトにしかのっていません。１は適当にやってもとけるのですが、２は解けません。組み立て法、消去法、代入法があるようなのですが、できれば一番オススメなのを１でも２でもいいので解説説明をできるだけ細かくしていただきたいです。よろしくおねがいします。

＜１＞
(1)C + O2 = CO2 + 394kj
(2)H2 + 1/2 O2 = H2O + 286kj
(3)C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O + 2220kj
(4)3C + 4H2 = C3H8 + Q
A:106

＜２＞
(1)C + 1/2O2 = CO + 111kj
(2)CO + 1/2O2 = CO2 + 283kj
(3)C + O2 = CO2 + 394kj
(4)C + CO2 = 2CO + Qkj
A:-172

回答No.2

ht1914 · ベストアンサー

反応熱のわかっている式（１）～（３）を組み合わせて反応熱を求めたい式（４）を作れば反応熱がわかります。
（１）～（３）に含まれていて（４）に含まれていない物質があればそれを消去するということで自動的に変形が出来る場合があります。でも変形が基本ですね。出来た後、エネルギー図を書いてそれぞれの物質の位置関係を確かめてみることをやって下さい。

＜１＞燃焼熱３つから生成熱を求める問題ですね。燃焼熱は測定できますが生成熱は測定できないものが多いです。熱化学方程式はエネルギー保存の考え方を用いて測定しやすい反応の反応熱から測定の難しい反応の反応熱を求める方法です。
（１）～（３）の中にあって（４）に含まれていない物質はＣＯ２とＨ２Ｏです。（！）～（３）からこの２つの物資を消去して下さい。（４）が出てきます。
エネルギー図で考えます。
この場合全ての物質を一番の元になっている元素の単体から組み立てていきます。
与えられている式は
３Ｃ＋４Ｈ２－－－→Ｃ３Ｈ４
Ｃ３Ｈ８＋５Ｏ２－－－→３ＣＯ２＋４Ｈ２Ｏ
です。この２つをまとめて考えると初めから５Ｏ２があって２段階で反応が起こったと考えることになります。
３Ｃ＋４Ｈ２＋５Ｏ２→Ｃ３Ｈ８＋５Ｏ２→３ＣＯ２＋４Ｈ２Ｏ
　　　　　　　　　（ＱｋＪ）　　　（２２２０ｋＪ）
反応する順番を変えます。
３Ｃ＋４Ｈ２＋５Ｏ２→３ＣＯ２＋４Ｈ２＋２Ｏ２→３ＣＯ２＋４Ｈ２Ｏ
　　　　　　　（３×３９４ｋＪ　）　　　（４×２８６ｋＪ）

始めと終わりが同じですが途中が違います。
Ｑ＋２２２０＝３×３９４＋４×２８６
が成り立っています。
式の変形で求めたものと同じになっているはずです。

＜２＞この問題は混乱するかもしれません。
（１）～（３）の中にあって（４）の中にない物質はＯ２です。１つの物質を消去するのですから式は２つあればいいはずです。３つ書かれていますが１つはいりません。
※（１）（２）（３）の中の２つがわかっていると残りの一つがわかります。

（１）（２）を使うのであれば（１）ー（２）でＯ２が消えます。
（２）（３）を使うのであれば２×（２）－（３）でＯ２が消えます。

測定しやすい燃焼熱から求めるということであれば普通は
(1)CO +1/2O2 = CO2 + Q1kj
(4)C + CO2 = 2CO + Q2kj
となっています。（２）（３）は燃焼熱です。

Ｃ＋Ｏ２－－－－－－－－（３９４）－－－－－→ＣＯ２
Ｃ＋Ｏ２－－（Ｑ１）→ＣＯ＋1/2Ｏ２－－（２８３）→ＣＯ２
Ｑ１＋２９３＝３９４

２ＣＯ＋Ｏ２－－－－（２×２８３）－－→２ＣＯ２
２ＣＯ＋Ｏ２－－（－Ｑ２）→Ｃ＋ＣＯ２＋Ｏ２－－（３９４）→２ＣＯ２

－Ｑ２と－が付いたのはこの図で考えたのと反応式とでは→の向きが逆になっているからです。符号に注意です。

回答No.4

ht1914

＃２です。気になるのでコメントさせて頂きます。

＜２＞の解き方を＃１，＃３のお二人が示しておられます。
＃３では
「こういうのは化学ではない、単なる連立方程式として解けばいい」
として２０行ほど書かれています。
でも答えに行き着いていません。
＃１では４行で答えが出ています。
意味を考えずに機械的なことをやるとこういう事が起こります。

私は＃２で（１）～（３）の中の２つの式を使ってＯ２を消去すれば（４）は得られると書きました。式は３つ要らないのです。（＃３では３つの式が独立であるとしてｘ、ｙ、ｚと置いていますので答えが決まらなくなったのです。）

ここに書いてある燃焼の式も生成の式も反応機構を現しているものではありません。左辺にある物質の組み合わせと右辺にある物質の組み合わせでエネルギーを比較しているだけです。（物質の組み合わせは「仮にそういう反応が起こるとしたら」という量関係になっています。実際に起こる反応も起こらない反応もあります。）

本当に単なる連立方程式でしかなければ化学の単元で時間をかけて学習する必要はありません。単元から削除しましょう。
化学反応で結びつくいくつかの物質の状態をエネルギーで比較するという意味があるからこそ扱っているはずです。
（化学を考えずに解くことが出来ると主張しても出来るという面がありますので私は熱化学方程式という分野があまり好きではありません。）

お礼

まとめてのお礼失礼します。
なんとか理解することができました。
みなさんどうもありがとうございました。

回答No.3

chemmykani

先入観を捨ててもらいたいが
このパターについては
中学校で習った連立方程式に過ぎない。
(化学ほとんど関係ない)

x(Ｃ+0.5Ｏ2＝ＣＯ＋111)
y(ＣＯ+0.5Ｏ2＝ＣＯ2+283)
z(Ｃ+Ｏ2＝ＣＯ2+394)

合計すると
(x+y)Ｃ＋yＣＯ＋0.5(x+y＋2z)Ｏ2
＝xＣＯ＋(y+z)ＣＯ2＋111x＋283ｙ＋394ｚ

変形して
(x+y)Ｃ-(y+z)ＣＯ2＋0.5(x+y＋2z)Ｏ2
＝(x-y)ＣＯ＋(111x＋283ｙ＋394ｚ)

これと
1Ｃ-(-1)ＣＯ2＋0.5(0)Ｏ2
＝(2)ＣＯ＋Ｑ

を比較すれば連立方程式は見やすくまとまることに気付く。
x+y=1
y+z=-1
x+y+2z=0
x-y=2
Ｑ=111x＋283ｙ＋394ｚ

さて
このように数式で解くことをスキーマティカリーに解くと言う

今、化学を学びたいものは反応の経過に注目するので
このようなスキーマティかリーな方法は気に食わないかもしれないが
あきらめてもらいたい。

この反応経路については思ってるよりも遥かに複雑で
高校生はもちろん大学生レベルでは理解できる人はまずいない。

研究者がスーパーコンピューターやらで
反応経路を研究しているレベルである。
(細かく見れば見るほどいくらでも細かく分析できる。)

つまり資格試験(受験も含む)で出たときには
これはスキーマティかリーにコツコツと解く問題なのであります。

そして資格試験では早く解くことが大事だけど
それは中学校の時、連立方程式を練習したかってこと。
そうでなくても三回くらい解けば早くなるよ。

センター試験・本試験などでも頻出問題なのでその価値はある。

回答No.1

noname#256528

2ですがこれはどうですか?

　(1)C + 1/2O2 = CO + 111kj
－(2)CO + 1/2O2 = CO2 + 283kj

C + 1/2O2 - CO - 1/2O2 = CO + 111kj - CO2 - 283kj
C + CO2 =2CO -172kj