NaOHとHClの反応熱

質問

先日へスの法則についてNaOHとHClを使って実験しました。NaOHとHClの反応熱の温度変化を縦軸を温度、横軸を時間、にしたグラフで表すと、いったん温度は最高温度まで達するのですがその後どんどん下がっていきます。このグラフはどこまで下がりえるのですか？0度以下になりえるのですか？回答お願いいたします。

回答No.3

elttac

No. 1，No. 2 の回答をおつけした者です。

　理論値より高くなる理由，ですか。熱量は，中和熱で，1 モルあたり 57 kJ 発生するが理論値のはずです。
　恥ずかしながら，この実験を実際に行ったことがないので，どの程度理論値より高くなるかわからないわけでして，考えられるところを述べてみたいと思います。

　理由として，「逃げた熱量を高く見積もっている」があるかと思われます。フーリエの法則，というものがありまして，これは何のことはない，「温度差が高いほど熱は流れやすい」というものです。
　実際の最高温度まで達してから，微小時間の温度降下から，反応が一瞬で起こったとしたときの温度上昇を見積もったわけですが，これは，「もし一瞬で理論上の最高温度に達したら，このように温度が下がるであろう」というものです。もしそうだとしたら，液温はひじょうに高いわけですから，かなりの勢いで熱が失われていきます。
　しかし，実際は温度は時間をかけて上昇します。その間は外気との温度差は少ないですから，失われる熱量はそれほど多くありません。
　以上より，その最高温度の推定では，失われた熱量を多く見積もって補っており，その結果理論値より高い値になったと考えられます。

　思いつくのはこの程度でして，まことに申し訳ありません。

　それから，この中和発熱問題は 94 年センター試験本試験問題でした。
　また，あなたがもう一方でなさっている質問の補足「No. 1 の質問がわからない」というのは，何がおわかりにならないのでしょうか。

回答No.2

elttac

No. 1 の回答をおつけした者です。

　こればかりは，実験条件がわからないと何ともいえません。
　混合した塩酸と水酸化ナトリウムの物質量が等しければ，おっしゃるように反応は完結し，食塩水になると考えてくださって結構です。
　もしいずれかが過剰だと，食塩水ができた上で，過剰の塩化水素が揮発していったり，水酸化ナトリウムが空気中の二酸化炭素と中和反応したり，とややこしいことが起こりえます。

　いずれにしても，反応後は室温で冷却されていきます。そして，室温まで冷却されます。

補足

ありがとうございます。おっしゃるとおり塩酸と水酸化ナトリウムの物質量は等しかったです。本当に申し訳ありませんが、質問させてください。この実験の結果、生じた熱量は理論値より高くなりました。先生は実験の前に絶対そうなるといっていました。なぜそういえるのか全然わかりませんでした。低くなるなら熱が逃げるとか、予想できるのですが、なぜ高くなるのですか？できたら回答お願いします。本当に何度も質問してすいません。

回答No.1

elttac

先ほど，「反応熱を求める最高温度はどこでとるべきか」の質問をされた方ですね。

　このまま放置しておけば，周囲の温度まで下がるはずです。この中和反応は，最終的に食塩水ができて，これ以上発熱・吸熱しません。ですから，反応後は結局「お湯が冷める」のと同じです。
　0 度以下になったら，放っておいた水が勝手に凍り出すようなもので，驚きな話です。もっとも，「吸熱反応」といって，反応させると冷たくなるものもあります。

補足

回答ありがとうございます。あともうちょっと質問させてください。このグラフでは最高温度に達するまでは急激に温度が上がりました。NaOHとHClはその間に反応し、最高温度到達とともにNaOHとHClは完全に反応して、食塩水ができるのですか？その後は室温によって冷やされるということですか？回答お願いいたします。何度も質問してすいません。