CO2 ＋ 4H2 = CH4 ＋ 2H2Oという反応からCO2削減やエネルギー問題に効果が期待できますか？

質問

CO2 ＋ 4H2 = CH4 ＋ 2H2O
という反応からCO2削減やエネルギー問題に効果が期待できますか？
以下の問題の答えを教えてください！！

（課題）
CO2の増加が社会問題となっていることから、化学反応でCO2を消費する次のプロセスを開発することにした。

『　CO2　＋　4H2 = CH4　＋　2H2O　』

が実現すればCO2削減やエネルギー問題に効果が期待できる。
また、副生物は水であるため、環境にも負荷がかからない

（問題）
（１）　反応式の左辺と右辺の化学物群について、結合エネルギーの総和Etotを求め、この反応が自発的に進行するか答えよ？
（2）　上記の反応プロセスによってCO2問題が解決するか化学的に答えよ？

という問題です。宜しくお願いいたします。

回答No.8

so-

1：ギブスエネルギーから平衡定数を出してみてください．
結合エネルギーからは自発的かどうか分からないのでは？？？

あと，ポテンシャルエネルギーなんかもいるのかもしれませんね．

２：まず，水素をどうするか問題です．水素を作るにはたくさんのエネルギー資源が必要になりますし．．水素の方がメタンよりも利用価値がありますし，メタンはCO２の２１倍の温室効果があります．
上記のプロセスだけならCO２問題が解決するとはいいがたいと思います．

回答No.7

jamf0421

ある温度、圧力で平衡定数がどうなるかを見るのはNo.5さんの言われるとおりギブスの自由エネルギー変化量を見るべきです。25℃、1気圧でみると-27kcal/molくらいですのでこの温度圧力なら反応は生成系へ行きます。エンタルピー変化もマイナスで発熱ですから低温の方がさらに平衡に有利のはずです。ただし、熱力学は平衡を明らかにしますが、速度はわかりません。水素と炭酸ガスを混合しただけでは何も起こりません。実用的速度で反応が行かせるには加温と触媒が必要ですが、その分エネルギーが必要でどの程度の効率で反応を行かせられるかは問題と思います。
また、No.6さんの言われるように水素をどうするかが問題です。燃料電池などではハイドロカーボンにH2Oを反応させて水素を取る水蒸気改質反応を想定していますが、今の場合CH4+H2O→CO＋3H2で水素を取るのは論外ですね。水素源について何か言う必要があるのではないでしょうか？
とにかくメタンができたとして、COと水素にすればフィッシャートロプシュ反応で炭化水素はできますが、それが自動車でFT燃料になるのではやはりだめです。なんとかベンゼン系にしてPETボトルでも作って再生を繰り返すルートにはいれれば、というところでしょうか？（途中問題が山積で使えるアイデアではないかも知れませんね。）

回答No.6

noname#62864

まず、水素をどうやって得るかという問題があります。それが環境への負荷が小さい形で大量に得られるのでなければ実用的に無意味です。

また、生じたメタンをどうするのかという問題があります。メタンは燃やせばエネルギーになります。しかし、それを燃やせば二酸化炭素が出てきますし、トータルとしてのエネルギー収支を考えるなら、はじめから水素を燃やしたのと同じになります。
つまり、『　CO2　＋　4H2 = CH4　＋　2H2O　』に『 CH4 + 202 = CO2 + 2H2O 』をたせば、『 4H2 + 2O2 = 4H2O 』になり、結局は水素を燃やしたのと同じことです。

そうすると手間をかけた分だけエネルギー的にはマイナスになりますので、メタンを燃料として燃やすという前提であれば、エネルギー面ではナンセンスです。
メタンを燃料以外に有効利用出来るのであればそれなりの意味はあるでしょうが。

回答No.5

101325

＃　毒入りです。

(1) 反応が自発的に進行するかどうかを、結合エネルギーの総和（の差）から判断してはいけない。ギブスエネルギー変化に基づいて議論すべきである。

(2) 前問から判断すると、出題者は化学の素養が足りない。化学は環境学の基礎となる学問であるので、出題者が化学についてより深く学べば、CO2削減やエネルギー問題に効果が期待できる。

もしかしたら、授業でものすごくハイレベルなことをやっていて、なおかつ問題を解くためにものすごい補完能力が要求されているのかも知れないのですけど、化学的に解答すると上の通りです。

回答No.4

QuteBisha

すいません。間違えました。
計算でこの反応が進行することを確認しました。

すると問題は２番ですね。反応が進行するとなると難しい。
水素を生成するためのエネルギーをどれだけ抑えられるかが鍵になること
生成物のメタンはいずれ燃焼されて二酸化炭素になるので、ＣＯ２問題の一定の歯止めにしかならないこと。
二酸化炭素から等量のメタンしか生成できないので、このプロセスが二酸化炭素生成プロセスを上回らないと二酸化炭素は減少しないこと。
そんなところでしょうか？

回答No.3

QuteBisha

(1)は足し算の問題です。両辺の結合エネルギーの総和を出しましょう。
(2)反応が自発的に進行するのであれば問題にならないので、反応は自発的に進行しないのでしょうね。自発的に進行しないのであれば外部からエネルギーを注入する必要がありそうです。エネルギー問題の解決のためにエネルギーを使うのでは問題解決の決定打にはならなそうですよね。

補足

結合エネルギーの総和を計算するとΔE＞０になるんで、理論的には自発的に進行するんですよね・・。
メタンは天然ガスの主成分ですから、自然界でメタンが生成する仕組みがある訳だし、よく言われる牛のゲップとか水田から発生しているメタンと関係しているんですかね？
でも結論は問題の解決にはならないです

回答No.2

Ichitsubo

何の課題ですか？
宿題はご自分の力でやるものですよ。

(1)結合エネルギーの値を与えていただかないと答えられません。
そりゃ調べれば出てきますけれど、宿題や入試などの問題であれば、そのデータが示されていなければ不完全です。
(2)(1)の結果を基に考察してください。

回答No.1

ozunu

メタンは、二酸化炭素の約20倍の温室効果があると言われている。
そんなこと聞いてませんか。すみません。

補足

メタンは天然ガスの主成分でもあり十分資源として活用できます。
ご存知か分かりませんがCO2サイクルの１部分としてこの反応にについてお聞きしたかったのです（水素の生成等を無視して）。
生成したメタンをそのまま空気中に放出するなんてありえませんよ