エンタルピー変化の計算例題

エンタルピー (H) は、熱力学系の内部エネルギー (U) とその圧力と体積 (PV) の積の合計として定義される熱力学的特性です。つまり、エンタルピーは次のように定義されます。

このプロパティは、状態関数であることを特徴としています。これは、特定の時点でのシステムのエンタルピーの値が、直前の状態や直後の状態ではなく、現在の状態にのみ依存することを意味します。つまり、エンタルピーは、システムを現在の状態に導いた経路には依存せず、現在の状態にのみ依存します。

エンタルピー変化

状態関数としてのエンタルピーの定義には、いくつかの意味があります。それらの 1 つは、システムが状態の変化を起こすと、この変化がシステムのエンタルピーの変化を意味する可能性があることです。言い換えれば、システムが受ける各プロセスには、エンタルピーの関連する変化または変動があります。この変動は ΔH として表され、正、負、またはゼロの場合もあります。

エンタルピーの定義方法と、熱力学の第一法則の結果として、システムが一定圧力で膨張作業のみを実行するプロセスのエンタルピー変化は、そのシステムが吸収する熱に等しくなります。つまり、他の種類の仕事がなければ、

ここで、qP は一定圧力でのプロセス中にシステムによって吸収される熱_です。多数の化学反応が一定の圧力で発生するため、この結果は非常に重要です。このため、これらのプロセス中に放出または吸収される熱量の実験的測定により、系のエンタルピーの変化を間接的に測定することが可能になります。

この特性は、化学反応の発生によって引き起こされる熱伝達を研究する熱力学 (または化学) の一部にすぎない、熱化学として知られるものを生み出します。

ヘスの法則

エンタルピーが状態関数であるという 2 番目の含意は、ヘスの法則の形で表されます。. 化学反応に関して、この法則は「反応物が生成物に変換されるとき、反応が一段階で行われたか、一連の段階で行われたかに関係なく、エンタルピー変化は同じである」と述べています。これは、反応物Aから始めて生成物Bで終わる場合、その反応のΔHは反応が起こった方法とは無関係であることを意味します. これは、同じ反応物を同じ生成物に変換する一連の反応の ΔH 値を加算するだけで、反応の ΔH を計算できることを意味します。後者は、熱化学で最も一般的な方法の 1 つであり、まさに次の例題の問題です。

ヘスの法則を使用して反応のエンタルピー変化を計算する問題を解決

声明：

ヘスの法則を使用して、次の反応のエンタルピー変化を計算します。

次の反応のエンタルピーが与えられます。

解決

ヘスの法則を使用してエンタルピーの変動または変化を計算するには、データとして与えられた化学方程式を組み合わせる方法を見つける必要があります。これを追加すると、エンタルピー変化を計算したい化学反応の方程式が得られます。

これには、逆変換、定数値による乗算、定数値による除算など、さまざまな方法で化学方程式を操作することが含まれます。心に留めておくべき最も重要なことは、化学式に対して行われるすべてのことは、ΔH の値に対しても行われなければならないということです。あれは：

1. 熱化学方程式を反転または反転する場合、そのエンタルピー変化の符号も反転する必要があります。
2. 方程式全体に定数を掛ける場合、エンタルピー変化にも同じ定数を掛ける必要があります。
3. 化学式を定数で割る場合、エンタルピー変化も同じ定数で割る必要があります。

これらの原則を効果的に適用するために必要な手順を見てみましょう。

ステップ 1: 式の正しい側にある特定の反応に現れる反応物と生成物を見つけます

これらの問題のほとんどに適用できる一般的な戦略は、データとして与えられたすべての反応で、未知の反応、つまりエンタルピーを計算したい反応の反応物と生成物を 1 つずつ検索することです。 . 次に、関心のある化合物が方程式の右側にあることを確認する必要があります。それ以外の場合、方程式は逆になります。

たとえば、現在の問題では、エンタルピーが既知の反応の反応物質の中に現れる元素アルミニウムと酸化鉄に興味があります。ご覧のとおり、これは両方の方程式を逆にすることと、エンタルピー変化の符号を逆にすることを意味します。

ステップ 2: 必要に応じて化学量論係数を乗算または除算する

与えられた化学式の合計が未知の式を与えることを理解する必要があります。これは、最後の 1 つに表示されないすべての種をキャンセルする必要があり、他のすべての種が適切な化学量論係数を持たなければならないことを意味します。

私たちの問題では、データとして与えられた反応が分子状酸素を含んでいることがわかりますが、これは私たちが探している反応には存在しないため、方程式を追加するときにそれがキャンセルされることを確認する必要があります。これが起こるために、さらに、鉄と酸化第二鉄の係数が正しくなるためには、2 番目の式を 2 で割る必要があり、そのエンタルピーも必要です。つまり、次のようになります。

結果は次のとおりです。

ステップ 3: 方程式を追加する

すべての反応物と生成物を正しい側に配置し、正しい係数を使用することで、探しているエンタルピーを得るために、方程式とそれぞれのエンタルピーを追加できます。

答え：

アルミニウムと酸化第二鉄から鉄と酸化アルミニウムを生成する反応の標準エンタルピー変化は、-845.6 kJ/mol です。

参考文献

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