物理化学の問題です。

質問

定容下において、アスパラギンの燃焼反応は
C4H8O3N2(s)+9/2O2(g)→4CO2(g)+4H2O(l)+N2(g)
と表すことができる。このときの発熱量Q=1931kJとする。
(1)アスパラギン1molが定圧下で燃焼したとすると、反応系の体積変化が起こる。この体積変化を起こす反応系の物質量の変化(mol)はいくらか。
(2)この体積変化による仕事W(kJ)は298Kにおいていくらか。
(3)この燃焼反応のエンタルピー変化ΔH゜を求めよ。
(4)アスパラギンの生成熱ΔHf゜はいくらか。ただし、ΔHf゜(CO2,g)=-394kJ/mol、ΔHf゜(H2O,l)=-286kJ/molである。

以上4問です。
途中式などをめた解答をよろしくお願いします。

回答No.4

101325 · ベストアンサー

定容等温過程の内部エネルギー変化ΔUは、発熱量Qが系から外部に流れ出した熱だから
　ΔU＝－Q
で与えられる。

ΔUを測定したのと同じ温度での定圧等温過程の内部エネルギー変化ΔU゜は、各物質の内部エネルギーが圧力に依存しないと近似すれば、
　ΔU゜≒ΔU
で与えられる。

定圧等温過程のエンタルピー変化ΔH゜は、
　液体と固体の体積は気体の体積に比べてずっと小さいので無視できる
　気体は理想気体の状態方程式に従う
と近似すれば、体積変化を起こす反応系の物質量の変化をΔngとして
　ΔH゜≒ΔU゜ + Δng RT≒-Q + Δng RT
で与えられる。

ΔH゜≒-Q + Δng RT
　＝-1931kJ + 0.5mol*8.314J/K/mol*298K
　＝-1931kJ + 1.239kJ
　＝-1930kJ

ΔHf゜(O2,g)=ΔHf゜(N2,g)=0 より、ヘスの法則を使って
　ΔH゜= 4ΔHf゜(CO2,g)+4ΔHf゜(H2O,l)-ΔHf゜(アスパラギン,s)
となるから、アスパラギンの標準生成エンタルピーは
　ΔHf゜(アスパラギン,s)/(kJ/mol) = -(-1930)+4*(-394)+4*(-286) = -790
と求められる。

お礼

解答ありがとうございました！！

回答No.3

KURUMITO

（１）について
固体や液体の体積を無視して気体の物質のみについてのモル数の変化(△n)を求めます。

△n = 4 + 1 - 9 /2 = 0.5 mol

(2)について
体積変化における仕事（W)は
W 　= 　△n　* 気体定数　* 絶対温度
W = 0.5 * 8.314 * 298 = 1239 kJ/mol

(3)について
定圧燃焼反応のエンタルピー変化（△H）は定積燃焼反応のエンタルピー変化（△U）と次の関係にあります。

△H　= △U + W

ここで△Uは-Qに等しいことから

△H = -1931 + 1239 = -692 kJ/mol

(4)について
アスパラギンの生成熱ΔHf゜は次の式で与えられます。

ΔHf　= -△H + 4 * ΔHf゜(CO2,g) + 4 /2 * ΔHf゜(H2O,l）

ΔHf　= 692 + 4 *(-394) + 4/2 * (-286) = -1456 kJ/mol

お礼

解答ありがとうございました！！

回答No.2

coldsewoo

即ち、反応前の大して反応後の反応会の物実量変化
->即ち、反応前に対して反応後の反応系の物実量変化

すみません　(　д )　゜　゜......

お礼

誤字は気にしませんよー(^-^)

回答No.1

coldsewoo

１）固体や液体は反応系の体積に影響を付けないんですよね。
ですから、気体の物実量だけを比べたらよいです。
即ち、反応前の大して反応後の反応会の物実量変化（1molのC4H8O3N2が燃焼する時）
：（-9/2mol O2 + 4mol CO2 + 1mol N2) = 0.5molです。

２）仕事の定義では、W = integral(Pi to Pf) [ -PdV ] ですよね。Pが変わらないんですので（定圧下）この式は　W = -PΔVになります。
また、理想気体の状態方程式は　PV = nRTですが、上の式をこの式に対応すると
PΔV = Δ（nRT）＝(Δn)RT (RとTは一定）　= -W
それで、W＝-(Δn)RT になります。　　Δn　＝　０．５、T＝２９８ｋ　R＝ 気体定数
これを入れたらWを得られると思います。

３）エンタルピーの変化はこの式を使ったら得られます。
ΔH = ΔE+ PΔV
等圧過程の反応なんですからΔEは０になります。
即ち、ΔH＝PΔV＝－Wなんですよね。２番で求めた数値を利用したらよいです。

４）生成熱（生成エンタルピー）ということは、とある物実１molを単位分子で作る反応式の反応熱を示します。
式に表したら、

4C(s) +　4H2(g) + 3/2O2(g) + N2(g) -> C4H8O3N2(s)になりますが、問題の条件だけではこの式の反応熱を解散できないようですね。

ですから、他の方法を使って求めましょう。ヘスの法則を利用したら迂回して生成熱を得られます。

ヘスの法則に因って求めたら、

C4H8O3N2(s)+9/2O2(g)→4CO2(g)+4H2O(l)+N2(g)の反応エンタルピー
＝　（４ΔHf゜(CO2,g)＋ΔHf゜(H2O,l)＋ΔHf゜（N2,g))-(ΔHf゜C4H8O3N2(s)+9/2ΔHf゜O2(g))です。
どうしてこうになるのかはテキストをみて勉強してみたらすぐわかると思います。

ΔHf゜（N2,g)とΔHf゜O2(g)は全部零で、他の数値は問題にある、反応エンタルピーは３番の式で求めましたね。　代入して確認してみてください。

お役に立ちましたら幸せですよね。頑張ってください！

お礼

解答ありがとうございました！！