熱量の問題について

質問

宿題のプリントをもらったのですが、全く分かりません。解き方だけでもいいので化学が詳しい方、教えてくださいおねがいします！

回答No.1

phosphole · ベストアンサー

熱量の計算で典型的な問題なので、今のうちにしっかりと考え方を身につけて下さい。
ヒント１・２に解説されている通りなのですが、もう少し丁寧に説明してみます。
水から水蒸気になる変化を、二段階に分けて考えます。
１．１０度の水を１００度の水に温める。
２．１００度の水を１００度の水蒸気にする。
要するに、温度変化（ステップ１）と状態変化（ステップ２）を区別して、それぞれに必要な熱量を計算することになります。

ステップ１については、ヒントにあるように、１ｇの水の温度を１度上げるには１カロリーが必要なので、比例計算をします。
1 gを１度上げるには１カロリー　ー＞　100 gを(100-10)=90度上げるには？
質量が100倍、温度変化が90倍なので、１カロリー x 100 x 90 = 9000カロリー
カロリーからジュール（J)への換算もヒントにあるとおりで、1カロリー＝4.2ジュールですから、また比例計算します。
１カロリーが4.2ジュール　ー＞ 9000カロリーは 9000 x 4.2 = 37800ジュール。
ただし注意点として、回答はキロジュール（kJ）になっているので、1/1000倍します。37.8kJになりますね。

ステップ２についてです。
これも比例計算になりますが、ちょっとひねった点として、ヒントにある数値を使うにはモル計算をする必要があります。
ヒントの式を見てください。
H2O（液体） = H2O（気体） - 40.7 kJ（数字がちゃんと読めませんが、たぶんこんなもんでしょう）
となってます。なお、式中の”l”と”g”はそれぞれ”liquid”と”gas”の略で、液体、気体ということです。
この式の意味は分かりますか？
左辺は液体の水１モルの持つ熱量、右辺は気体の水（つまり水蒸気）の持つ熱量から40.7キロジュールを引いたものになります。これらの熱量が等しい、という意味の式です。すなわち、水蒸気１モルは、液体の水１モルよりも40.7キロジュール余計に熱量をもっていることになるので、逆に考えると、液体の水１モルを水蒸気にするには40.7キロジュール必要です。
この値を比例計算に使うのですが、問題は、我々が注目している”100gの水”が何モルかわからないとそのまま比例式は作れません。これは大丈夫ですか？水の分子量（18g/mol）から、100gの水のモル数は100g ÷ 18g/mol = 5.6molですね。
やっと比例式が作れます。
１モル：40.7キロジュール　＝　5.6モル：Xキロジュール
から、Xを出して下さい。

これで二つのステップに必要な熱量が分かったので、後は足し合わせるだけです。

同じようなパターンの問題として、X度の氷からY度の水蒸気まで変化させることが考えられます。
この場合は以下のステップに切り分けて、それぞれのステップごとの必要な熱量を計算して足し合わせることになります。
１）氷をX度から０度まで温度を上げる
２）０度の氷から０度の水に変化させる
３）０度の水を１００度の水に温める
４）１００度の水を１００度の水蒸気に変化させる
５）１００度の水蒸気をY度まで温める