2017年07月23日

危険物乙4 過去問2017 類題20 燃焼熱と化学変化の数値計算

【問】水素(H2)、炭素(C)、メタン(CH4)の燃焼熱はそれぞれ286kJ/mol、394kJ/mol、891kJ/molであり、それぞれの完全燃焼する際の反応式は以下の通りであるとすると、メタンの生成熱の値は次のうちどれか。

2H2+O2→2H2O
C+O2→CO2
CH4+2O2→CO2+2H2


①1,571

②1,857

③75

④680

⑤966






【正解】③



【解説】
この問題は化学変化における反応熱の計算問題です。高校化学を勉強されている方には比較的馴染みがあり易しい部類の問題となるのですが、それ以外の方には中々とっつきにくい問題かと思います。


ただ、本問題は解き方さえ覚えてしまえばどのような問題でも同じ手順で基本的には解けますので、なるべくマスターしていただきたい問題ではあります。


そのため、ここでは高校化学を勉強されていない方にも理解しやすいようなるべく簡単に解説をさせていただきたいと思います。


まず初めに本問題で着目すべき事項は、燃焼熱とその反応における化学反応式です。燃焼熱とは言葉の通り燃焼(つまり酸化する際に生じる熱のことで、反応式はその酸素と反応する前後の物質の変化を表しています。


矢印の方向に変化するので左が変化前で右が変化後となります。



ここで、反応で生じる熱と反応前後の物質がわかるため、これをまとめて記載してしまいます。燃焼熱は反応した結果生じる熱であるため、当然右側にくる項目となります。まとめると以下のように表すことができます。



2H2+O2=2H2O+2×286kJ・・・①
C+O2=CO2+394kJ・・・②
CH4+2O2=CO2+2H2O+891kJ・・・③



さて、ここで1点注意していただきたいのが、①においてH2が2つありますので、燃焼熱も2×286kJとなっている点です。


化学式において反応するものの数は見落とさないようにしてください。



ここまでできればあとは簡単で、これだけ覚えていただければOKです。



右側(右辺)だけに着目し、今回問われているメタンの反応式③をベースとして、③から①、②を使って化学式を消して、出てきた数値の符号を反転(+→−、−→+)させてください。


③式ではCO2が1つとH2Oが2つあり、①にはH2Oが2つ、②にはCO2が1つあるため、③−①−②で消すことができます。

ここで数値も同様に③−①−②で求めてみると、


891−2×286−394=−75


となりますので、これの符号を反転させると75kJとなり答えの③となります。


これだけ覚えればOKと言われればなんだかできそうな気になりませんか?少し慣れる必要はありますので、過去問の問題で練習してみてください。


ただ、1点注意を頂きたいのが、③の式で何個分の数値が求められるかです。求められている物が左辺にいくつあるのかは忘れないよう気をつけてください。


今回が仮に左辺が3CH4となっていれば3つ分なので1つ分は75÷3=25となります。



また、最後に補足として、特に覚える必要はないのですが、上記の計算で何をしていたかを解説しておきたいと思いますので、余力のある方はご確認いただければと思います。


先ほどまでは右辺しか見ていませんでしたが、③−①−②を両辺を計算してみると、


CH4+2O2−(2H2+O2)−(C+O2)=CO2+2H2O+891kJ−(2H2O+2×286kJ)−(CO2+394kJ)


となります。ここで両辺を整理すると左辺からはちょうどO2が消え、右辺からは化学式が消えます。


CH4−2H2−C=−75kJ・・・④


となります。ここで最初に何を問われた問題かを確認いただきたいのですが、メタン(CH4)の生成熱が問われた問題であり、生成熱とは名前の通り生成した時に生じる熱のことです。


つまり、上の計算でも行ったように、右辺をメタン(CH4)+生成熱とすれば良いのです。そこで、④式を変形してあげると


CH4−2H2−C=−75kJ 両辺に−CH4すると


−2H2−C=−CH4−75kJ となりますので全体に−1をかけ、符号を反転させると


2H2+C=CH4+75kJ


となり、無事75kJを求めることができます。問題で問われるのは熱量だけなので、ここまでは難しくても、①〜③を使った解き方だけはマスターしておいてください。




posted by yuth at 15:34| Comment(0) | 過去問 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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