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6.7:

熱化学方程式

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Chemistry
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Thermochemical Equations

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ほとんどの化学反応は 大気圧下で起こります 一定の圧力下では 反応に伴う熱変化ΔQは エンタルピーの変化ΔHに等しく エンタルピーまたは 反応熱とも呼ばれます 反応のエンタルピーは 生成物と 反応物の エンタルピーの差です 生成物のエンタルピーが 反応物のエンタルピーよりも 大きい場合 デルタHは正の値になります このような反応は熱を吸収する 吸熱反応です 逆に 反応物のエンタルピーが 生成物のエンタルピーよりも 大きい場合 ΔHは負です このような反応は熱を放出する 発熱性です どのような化学反応においても それに伴うエンタルピーの 変化の大きさは 平衡式の 係数によって示されるように 反応物と生成物の 化学量論的量に依存します 相ラベルと反応の エンタルピーΔHを含む バランスのとれた 化学方程式は 熱化学方程式と呼ばれています 主な燃料源であるメタンの 燃焼を考えてみましょう メタンを燃焼させると 周囲に熱が放出されます 反応の発熱性は 熱化学式の 負のエンタルピーの 変化によって示されます 燃焼の式は 1モルのメタンガスが 2モルの酸素ガスと反応して 1モルの炭酸ガスと 2モルの水を生成するとき 890.8キロジュールの熱が 周囲に放出されることを 示しています 反応物または生成物と 反応熱のモル比は 反応中に交換された 熱量を計算するための 換算係数として 使用することができます ガスボンベに25.5キログラム メタンが入っていて ボンベ内のメタンが すべて燃焼した場合 どのくらいの熱が 発生するでしょうか?一般的には質量をモル数に換算し モル数を反応熱に 換算するという 計算方法がとられます まず 25.5キログラムに 1000をかけて グラム単位の 質量を求めます 次に メタンの質量をモル質量の 16.0グラム/モルで割ると メタンが1594モルで あることがわかります 最後に メタンのモル数と 反応熱の換算係数を使うと 1594モルのメタンは 14.2×10の6乗 キロジュールの熱を 反応熱として 放出することになります 反応の中で熱が発生して 発熱するので 反応は発熱的です

6.7:

熱化学方程式

化学反応(システム)が一定の圧力で実行され、膨張または収縮によってのみ実行される場合、反応のエンタルピー(反応熱とも呼ばれる Δ Hrxn )は周囲と交換される熱( qp)と等しくなります。

Eq1

エンタルピーの変化は、反応に関与する反応物質の量(または反応物質のモル数)に応じて、広範囲に及ぶ特性です。 エンタルピーの変化は反応に固有であり、反応物と生成物の物理的状態が重要です。 発熱反応は− Δ Hrxn 値で特徴付けられ、熱内反応は + Δ Hrxn 値です。  

反応によって放出または吸収される熱の量は、反応によって消費または生成される各物質の量に対応するため、熱化学方程式を使用して物質とエネルギーの両方の変化を表すと便利です。 熱化学方程式では、反応のエンタルピー変化は Δ Hrxn と表示され、一般的には反応の方程式に従って表示されます。 Δ Hrxn の大きさは、化学方程式に示されている反応に関連する熱の量を表す。 Δ Hrxn の符号は、反応が発熱または吸熱のどちらであるかを示しています。 次の式では、 1 モルの気体水素と 1/2 モルの気体酸素(ある温度と圧力下において)が、 1 モルの液体の水(同じ温度と圧力下で)を形成する反応です。

Eq1

この方程式は、周囲に 286 kJ の熱が放出されることを示しています。 つまり、消費される水素のモルごと、または生成される水のモルごとに、 286 kJ の熱が放出されます(発熱反応)。 したがって、反応のエンタルピーは、特定の量の反応物と生成物を含む反応の際に放出または吸収される熱量を計算するために使用できる換算係数です。

Eq1

化学方程式の係数に何らかの係数を掛けた場合(つまり、化学物質の量が変更された場合)、エンタルピーの変化に同じ係数を掛けなければなりません。

( 2 倍増加)

Eq1

( 2 倍減少)

Eq1

反応のエンタルピー変化が反応物質や生成物の物理的な状態に依存することを示すために、気体の水(水蒸気)の形成を検討します。 1 モルの水素ガスと½ モルの酸素ガス が気体の水 1 モルを形成するように反応すると、242 kJ の熱のみが放出されます。これに対し、液体の水が形成されると放出される熱の 286 kJ は発生しません。

Eq1

Suggested Reading

  1. Canagaratna, Sebastian G. "A visual aid in enthalpy calculations." Journal of Chemical Education 77, no. 9 (2000): 1178.
  2. Keifer, David. "Enthalpy and the Second Law of Thermodynamics." Journal of Chemical Education 96, no. 7 (2019): 1407-1411.
  3. Khalil, Mutasim I. "Calculating enthalpy of reaction by a matrix method." Journal of Chemical Education 77, no. 2 (2000): 185.