熱化学方程式・結合エネルギーについて

質問

中学３年の者ですが、こういう問題があるのですが解き方を教えてください。
Ｈ2、Ｏ2、Ｏ-Ｈの結合エネルギーをそれぞれ４３６、４９４、４６３Kj/molとして、Ｈ2Ｏ（気）の生成熱を求めよ。
という問題です。答えは、２４３Kj/molです。お願いします。

回答No.1

acacia7 · ベストアンサー

「結合エネルギー」は結合を引き千切るのに最低限必要なエネルギーです。

で「H2」の結合エネルギーとは「H-H」結合の結合エネルギーです。
同様に「O2」は「O-O」。

そして、化学種としては最初に「H2」が1個、
「O2」が1/2個あったときに、「H2O」が生成します。

結合の数としては
反応種：
H-H：１
O-O：1/2
生成種：
H-O：2
となります。

1*436+1/2*494=2*463+X
で、X=436+247-926=243
ということで243Kj/molとなります。

内容としては、反応種に左辺のエネルギーを投入することでバラバラの原子状態に帰り、右辺の結合によって「結合エネルギー」分が系から放出されるわけです。
で、左辺で与えたエネルギーより、右辺で放出されたエネルギーの方が大きいので、「生成熱」を発するのです。

補足

H2O（気）の生成熱を求めるときの式は、H2＋1/2Ｏ2＝Ｈ2Ｏ（気）＋熱量ですよね？それで、Ｏ－Ｈの結合エネルギーというのがよくわからないのですが、、

回答No.4

rei00

既に回答がありますが，中学３年生とのことですので少し追加しておきます。

　まず，「結合エネルギー」と「熱化学方程式」について簡単におさらいしておきます。

　「結合エネルギー」とは，#1 で回答されている様に，「結合を切る為に最低限必要なエネルギー」です。お書きの H2 であれば，「H-H の結合を切る」下記の反応を行わせる時に必要なエネルギーです。

　H-H → H ＋ H（通常は H2 → 2H と書きます）(1)

　ここで，結合を切る為にはエネルギーを与える（多くの場合，熱をかける）必要が有ります。この熱エネルギーをＱとすると，H2 が持っているエネルギーと 2H が持っているエネルギーの間に次の方程式が成り立ちます。

　H2 ＋ Q = 2H (2)

　ここで，(1) と (2) で同じ H2 や 2H を使っているため紛らわしいのですが，(1) では H2 は「水素分子１個（または１モル）」の意味であり，2H は「水素原子２個（または２モル）」の意味です。

　一方，(2) では，H2 は「水素分子１モルが持つエネルギー」であり，2H は「水素原子２モルが持つエネルギー」の意味です。そして，H2 を 2H にする（H-H の結合を切る）のにＱだけエネルギー（熱）を与える必要がある事を示しています。

　ですので，お書きの結合エネルギーをこの形にすると，次の様になります。

　H2 → 2H　　H2 + 436 = 2H　(a)
　O2 → 2O　　O2 + 494 = 2O　(b)
　O-H → O + H　　O-H + 463 = O + H　(c)

　H2O(g) が生成する反応と熱化学方程式は，生成熱をｘとおくと，

　2H + O → H-O-H　　2H + O = H-O-H + x　(d)

　ここで，H-O-H とは O-H 結合２つである事に注意すると，H2O(g) の生成する反応の熱化学方程式は，

　2H + O = 2O-H + x　(d')

　ここまで来ればお解りになるかと思いますが，(a), (b), (c), (d') は x を未知変数とする方程式です（だから，熱化学【方程式】といいます）。あとは，(a), (b), (c) を適当に足し引きして (d') の形を作れば x（生成熱）が求まります。

　高校生向けのサイトではありますが，然程難しくありませんので，こちらのサイトも参考にしてみて下さい。

　・http://www.geocities.com/yoshihitoshigihara/netu.htm
　　熱化学

参考URL：

http://www.geocities.com/yoshihitoshigihara/netu.htm

回答No.3

acacia7

系全体のエネルギーを縦軸にとってみよー。
↑
│　　　　　　Ｈ　Ｈ　Ｏ　（ばらばら）
│　　　　　　─────（Ｃ）
│　　　　　↑１
│ＨーＨ＋ＯーＯ（1/2）
│─────（Ｌ）　　　　　　　
│　　　　　　　　　　　　↓２
│　　　　　　　　　　　　ＨーＯーＨ
│　　　　　　　　　　　　──────（Ｒ）
状態Ｌが最初のエネルギー状態だ。
これをバラバラな状態Ｃにするとエネルギーが上がる。
というのも「結合」というのは原子同士が電子軌道を共有し、
安定化したものだからだ！

状態Ｒが反応後のエネルギー状態だ。
これはバラバラな状態Ｃに比べて、大きくエネルギーが下がる。
状態Ｌと比較してもエネルギー状態が低い。
これはバラバラな状態Ｃに比べて、
大きく安定化している為だ。
その安定化というのが二つの「ＨーＯ」結合だ！

つまり、左辺の値、「４３６＋４９４/2」というのは、
状態Ｃから状態Ｌへの安定化エネルギー。
右辺の「４６３＊２」というのは
状態Ｃから状態Ｒへの安定化エネルギー。
ということで、状態Ｌを基準に、状態Ｒの値を出すと、
系が放出するエネルギーということになるのだ！

そして化合物の「生成エネルギー」とは
構成原子の単体状態からのエネルギー状態の差を指すため、
この値が「Ｈ２Ｏ」の生成エネルギー」となるのだ！

無論、「単体」とは単一の原子の基本的な分子を言う。

以上だ！

回答No.2

tori-chan

高校にはいれば、熱化学方程式のいろいろな解き方を習うのではないかと思うのですが、とりあえずお急ぎとのことなので、一番手っとりばやい方法を書いてみます。（詳しく理解するには、エネルギー準位図をかくことで解決すると思います。）

今回は結合Eのデータばかりが与えられているので、(1)求める値を変数として（XでもQでもよいので）熱化学方程式をたてます。(2)それぞれに値を代入するのですが、ポイントは、与えられたデータが結合Eの場合は、X＝（右辺の合計）ー（左辺の合計）　となるってことです。

結合Eから生成熱を求める問題は、ほとんどこれで解けると思います。