化学Iの熱化学方程式の問題が解けません。分かる人いませんか？ 問題文↓

質問

化学Iの熱化学方程式の問題が解けません。分かる人いませんか？ 問題文↓

メタンの燃焼は次の熱化学方程式で表される。
CH4（気）+H2O（気）=CO2（気）+2H2O（気）+802kJ・・・（1）
一方、メタンは、次のように水蒸気と反応して水素と一酸化炭素を生成する。
CH4（気）+H2O（気）=3H2（気）+CO（気）-205kJ・・・（2）
得られた水素と一酸化炭素の混合気体から、次のようにメタノールを合成することができる。
CO（気）+2H2（気）=CH3OH（気）+QkJ・・・（3）

メタノールの燃焼は次の熱化学方程式で表される。
CH3OH（気）+3/2O2（気）=CO2（気）+2H2O（気）+673kJ・・・（4）
また、水素、黒鉛の燃焼熱は、それぞれ242kJ/mol、394kJ/molである。ただし、いずれも生成した物質の状態は気体とする。

問1）文中の熱化学方程式（3）の反応熱Qの値を、整数値で答えよ。
問2）液体のメタノール1molを完全燃焼させたときに発生する熱量は何kJか。整数値で答えよ。ただし、生成する水は液体とし、メタノール、水の蒸発熱は、それぞれ37kJ/mol、44kJ/molとする。

読みにくかったらすいません。

回答No.3

htms42

＃２です。

少し補足します。
＃２では出発物質（Ｓ）を単体、または単体に準ずる簡単な物質の組にとりました。
最終物質（Ｇ）はＣＯ２とＨ２Ｏです。
ＳからＧに行く道筋が２つあるということでヘスの法則（エネルギー保存則）を使いました。
簡略化して書くと
Ｓ　　Ｓ
↓　　↓
Ａ　　Ｂ
↓　　↓
Ｇ　　Ｇ

問題での物質の流れはＢからスタートしています。
Ｂ　　Ｂ
↓　　↓
Ｓ　　↓　
↓　　↓
Ａ　　↓
↓　　↓
Ｇ　　Ｇ
物質の変化を追っかけるのが少し難しくなっています。

熱化学方程式は式の操作だけで解くことができるということは確かですが、物質の変化を追いかけて行くことができるということがあっての事だと思います。異なる変化の道筋で同じ所に行くことができるということが確認できてはじめてヘスの法則を使うことができます。化学の問題なんですから、物質の変化を意識することが大事です。

回答No.2

htms42

この問題は少しややこしいです。
熱化学方程式の基本問題というよりは天然ガスを材料としてメタノールを作るという実用的な場面を想定した問題になっています。物質の流れが屈折しています。

単体を基準として化合物のエネルギーを求めて行くという熱化学方程式の本来の流れに沿った考え方をするのが分かりやすいでしょう。

問題文の中に出てくる物質で出発物質になっているものはＣＯ，Ｈ２，Ｏ２です。
最終物質はＣＯ２とＨ２Ｏです。
与えられている式を整理して物質の流れを図にしてみます。

ＣＯ＋３Ｈ２＋２Ｏ２
｜
２０５ｋＪ
↓
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ＋２Ｏ２
｜
８０２ｋＪ
↓
ＣＯ２＋３Ｈ２Ｏ

スタートとゴールが共通なもう一つの道筋があります。
ＣＯ＋３Ｈ２＋２Ｏ２
｜
ＱｋＪ
↓
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２＋(3/2)Ｏ２
｜
６７３ｋＪ
↓
ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ＋Ｈ２＋(1/2)Ｏ２
｜
２４２ｋＪ
↓
ＣＯ２＋３Ｈ２Ｏ

両端の状態が同じですから２０５＋８０２＝１００７が共通です。
Ｑ＋６７３＋２４２＝１００７
これでＱが求められます。

熱化学方程式を作るときには単体を基準とした時の化合物のエネルギーのリストがあれば反応によって生じるエネルギー変化を求めることができるという考え方を使っています。単体から化合物を作る時のエネルギーは生成熱です。したがって反応に関係する化合物の数だけ反応熱が必要になります。生成熱は測定の難しいものもありますので測定の容易な燃焼熱から生成熱を求めるという道筋に変更する場合もありますが必要な反応熱の数は変わりません。
この問題では化合物はＣＨ４，ＣＨ３ＯＨ，ＣＯ，ＣＯ２，Ｈ２Ｏと５つ出てきています。
反応熱の値も５つあります。でも実際は炭素の燃焼熱（＝ＣＯ２の生成熱）３９４ｋＪという数値は使っていません。ＣＯが単体と同じような働きをしているからです。
（考え方としては単体から出発するのが分かりやすいです。その場合はＣ＋３Ｈ２+(5/2)Ｏ２からのスタートになります。でもＣの反応はどこにも出てきていません。ＣＯが出発物質になっています。Ｃ＋(1/2)Ｏ２→ＣＯの反応を省いてしまってかまわないということになります。）

回答No.1

gohtraw

問い１
　（１）の式の左辺、H2Oとあるのは２O2の間違いですね。少々慣れが必要なのですが、与えられている式を足したり引いたりして（３）の式を作ればいいのです。この場合は
（４）の左右逆転型　　CO2（気）+2H2O（気）=CH3OH（気）+3/2O2（気）-673kJ
（１）　　　　　　　　CH4（気）+2O2（気） =CO2（気）+2H2O（気）+802kJ
（２）の左右逆転型　　3H2（気）+CO（気） =CH4（気）+H2O（気）+205kJ
水の燃焼の左右逆転型　H2O（気） =H2（気）＋1/2O2（気）-242kJ
これらを左辺は左辺、右辺は右辺で足してやれば（３）の式になるはずです。

問い２
　これも同じやり方です。
（４）　　　　　　　　　　　CH3OH（気）+3/2O2（気）=CO2（気）+2H2O（気）+673kJ
メタノールの蒸発　　　　　　CH3OH（液）　　　　　　=CH3OH（気）　　　　　-37ｋJ
水の蒸発の左右逆転型*2倍　　2H2O（気）　　　　　　=２H2O（液）　　　　　　+88ｋJ
これらを足してやれば求める式になるはずです。

お礼

解説ありがとうございます。