【大学入試】熱化学《化学反応と熱・光エネルギー》重要語句と典型問題まとめ・総チェック

【大学入試】化学～目次一覧～

第1編 物質の状態
粒子の結合と結晶の構造
物質の状態変化
気体　
溶液　

第2編 物質の変化
化学反応とエネルギー　⇒現在はここのページ
電池と電気分解
化学反応の速さとしくみ
化学平衡

第3編 無機物質
非金属元素
金属元素Ⅰ 典型元素
金属元素Ⅱ 遷移元素

第4編 有機化合物
有機化合物の分類と分析
脂肪族炭化水素
アルコールと関連化合物
芳香族化合物

第5編 高分子化合物
天然高分子化合物
合成高分子化合物

計17章ほど

熱化学《化学反応と熱・光エネルギー》重要語句と典型問題まとめ・総チェック

化学反応とエンタルピー

★エンタルピーとは
物質がもつエネルギーのこと。熱含量ともいう。
H という記号で表す。

★エンタルピー変化とは
化学反応が起こる前に物質が持っていたエンタルピーと、化学反応後に持つエンタルピーの差をさす。
ΔH　という記号で表す。
Δ デルタの意味：差分や変化分、微分値等を表すギリシャ文字。熱力学的パラメータの差を表現するときに使われる。

例　発熱反応では、エンタルピー変化はマイナスとなる。
理由：反応前の物質のエンタルピーの一部が、熱エネルギーに変換され、反応後の物質はその分だけエンタルピーが失われるため。

例　吸熱反応では、エンタルピー変化はプラスとなる。

★エンタルピー変化を付した反応式の書き方・ルール

反応エンタルピーの種類・定義

代表的な反応エンタルピーには固有の名称がついている。
定義をしっかりと暗記しよう。
主語である注目する物質を１molあたり（係数１）で表すため，エンタルピーの単位が（kJ/mol）になる。

燃焼エンタルピー
物質１molが完全燃焼するときのエンタルピー変化。

生成エンタルピー
物質１molが構成元素の単体から生成するときのエンタルピー変化。　

中和エンタルピー
酸と塩基が反応し，水１molが生成するときのエンタルピー変化。

状態変化のエンタルピー
1.013 ×105Pa 下での状態変化によるエンタルピー変化。

溶解エンタルピー（状態変化のエンタルピー）
物質１molが多量の溶媒に溶解するときのエンタルピー変化。

反応熱、反応エンタルピーの求め方

例　メタンCH4（分子量16）の燃焼エンタルピーは−891kJ/molである。
　　メタン32gが燃焼すると何kJの熱量が放出されるか。　

解法　メタン16gなので、32g ÷ 分子量16 = 2 molとわかる。
　　　よって、公式にあてはめて、＋891×2＝1782kJ

＊メタンの燃焼エンタルピーが−891kJ/molと、マイナスなので、発熱反応をする反応だとわかる。
　公式にあてはめるときに、符号を逆にすることに注意。
　検算として、出てきた答えは発熱反応なので、放出される熱量はプラス（1782kJ）になっているのでOK。

例　塩化カリウムKCl 0.050molを水100mLに溶解させたところ，水溶液の温度が2.0℃下がった。この結果を使って塩化カリウムの溶解エンタルピーを求めなさい。ただし，混合してできた塩化カリウム水溶液の質量は104g，比熱は4.2（J/g・℃）とする。

解法　
公式に代入するだけ

熱量（J）
＝注目する物質のエンタルピー×注目物質の物質量×1000
＝比熱Ｊ/ｇ・℃ ×溶液の質量ｇ ×温度上昇度℃

水溶液の温度が2.0℃下がった。
→この表現から、そのパワー（熱量）は、「比熱Ｊ/ｇ・℃ ×溶液の質量ｇ ×温度上昇度℃」で求められる。
4.2 × 104 × -2　

また、求めるエンタルピーをΔH（熱量）とすると、モルの分だけ熱量は大きくなるから
-ΔH × 0.050mol ×1000
＊公式にあてはめるときは、ΔHの符号を逆にすること。

これらを等式で結ぶと、
4.2 × 104 × -2　＝　-ΔH × 0.050mol ×1000
ΔH = 17.4
＊検算で、-2℃の吸熱反応する物質なので、答えのΔHはプラスであることを確認。

ヘスの法則（総熱量保存の法則）を利用した反応エンタルピーの求め方

温度が測定できない場合など測定が困難な反応エンタルピーは、
別の経路によって求めることができる。

★ヘスの法則（総熱量保存の法則）
物質が変化するときの反応エンタルピーの総和は，変化前後の物質の種類と状態のみで決まり，変化の経路や方法には関係しない。

別の経路をたどっていくので、
経路を表現した「エンタルピー変化を表した図」が必要となる。

★エンタルピー図の書き方

パターン
燃焼エンタルピーは、下矢印方向に書き込む。
生成エンタルピーも、単体（反応物）→化合物（生成物）なので、下矢印方向に書き込む。
結合エネルギーや昇華エネルギーは、単体→原子、化合物→原子なので、上矢印方向に書き込む。

★ヘスの法則（総熱量保存の法則）を利用した反応エンタルピーの求め方

まず、問題文のヒントから、仲間外れのもの（ヒントが１番少ないもの）の化学反応式をエンタルピー図に書き込む。
次に、他のヒントは化学反応式を書かなくてもよいので、矢印の向きだけ注意してエンタルピー図に書き込む。
矢印の向きから、ベクトルと同じように式を立てる。

化学反応が自発的に進む向き・化学反応と光

①発熱反応（エンタルピーが減少する方向）は自発的に進む
②バラバラになる方向（エントロピーが増加する方向）は自発的に進む

例　強酸の電離　HCl→H++Cl−
発熱反応であり①、バラバラに電離するため②、進みやすい。

例　弱酸の電離　CH3 COOH ⇔ CH3 COO− + H+
バラバラに電離するものの②、吸熱反応である①、そのため可逆反応としてどっちにも進みやすい。

光とエネルギー

今まで「熱」について、発熱や吸熱などを見てきたが、
同様にして、「光」について、発光などを見ていく。

化学発光とは

化学発光とは
反応により光が放出されること

例　ルミノール：血痕の検出に用いられる。塩基性溶液中で過酸化水素やオゾンなどにより酸化されると明るく青い光を発する。
例　シュウ酸ジフェニル：過酸化水素で酸化されると，放出されるエネルギーを蛍光物質に与える。

光化学反応とは

光化学反応とは
光を当てると起こる・促進される化学反応のこと

例　光合成：植物が光を吸収し，二酸化炭素と水から糖類を合成する反応
例　光触媒：光が当たると触媒の働きを示す　酸化チタン（Ⅳ）TiO2
例　水素と塩素の反応（H2 + Cl2 → 2HCl）：水素と塩素の混合気体に強い光を当てると，爆発的に反応が進み塩化水素が生成
例　有機化合物の反応：有機化合物の反応には，光が当たると起こるものが多くある