楽しい高校化学（第３章

－　第３章　物質の変化－第１講　－

３－１　反応熱と熱化学方程式
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	寒い日には、石油ストーブで暖まる、携帯用のホカロンを持ち歩く。これは、すべて化学反応によって発生する熱を利用したもである。ここでは、物質が反応したり、溶解するときの熱の出入りについて考えてみよう。

１.反応熱

物質は、それぞれ固有のエネルギーをもっている。物質が変化したり、状態が変化すると、もってるエネルギーも変化する。
このエネルギーの変化は、熱の出入りとなって現れる。この熱を反応熱といい、ふつう25℃，１atmの状態における物質１molあたりの値で示される。

・例）　Ｃ（黒鉛）　＋　Ｏ₂（気体）　→　ＣＯ₂（気体）の反応（燃焼）では、

* 炭素の固体には、黒鉛とダイヤモンドがあるので区別するために（　）内に明記している。

この反応では、反応物のもつエネルギーの総和は、生成物のエネルギーの総和よりも大きい。
したがって、その差に相当する熱（394kJ）が放出される。このように熱が発生する反応を発熱反応という。

・例）　ＮＨ₄ＮＯ₃　＋　ａｑ　→　ＮＨ₄ＮＯ₃ａｑの反応（溶解）では、

* aqはラテン語aqua（水）の略で、多量の水を表し、ＮＨ₄ＮＯ₃aqは硝酸アンモニウム水溶液を表す。

この反応では、反応物のもつエネルギーの総和は、生成物のエネルギーの総和よりも小さい。
したがって、その差に相当する熱（25.7kJ）が吸収される。このように熱が吸収される反応を吸熱反応という。

使い捨てカイロが発熱するのは、成分の鉄粉が空気中の酸素により徐々に酸化されることで発熱反応が起きているためである。

２.熱化学方程式と反応熱の種類

化学反応式の矢印の代わりに等号を用い、反応熱を書き加えた式を熱化学方程式という。このとき、反応熱は、着目する物質１molが反応するときの熱量で表す。
また、物質の状態を（　）内に示し、発熱は＋、吸熱は－で表す。

・例１）	１molの炭素（黒鉛）が完全燃焼する反応では、394kJの熱量が発生する。
	■化学反応式：	Ｃ　＋　Ｏ₂　→　ＣＯ₂

	■熱化学方程式：	Ｃ（黒鉛）　＋　Ｏ₂（気体）　＝　ＣＯ₂（気体）　＋　394kJ
	* 反応熱は、着目する物質１molが反応するときの熱量で表す。 * 完全燃焼したときの反応熱を燃焼熱という。

・例２）	１molの一酸化炭素（気体）が完全燃焼する反応では、283kJの熱量が発生する。
	■化学反応式：	２ＣＯ　＋　Ｏ₂　→　２ＣＯ₂

	■熱化学方程式：	ＣＯ　＋　1/2Ｏ₂　＝　ＣＯ₂　＋　283kJ
	* 状態が明らかな場合には、（　）内の状態を省略してもよい。 * 着目する物質の係数を１にする為に、すべての係数を２で割った。　熱化学方程式では、係数が分数になることもある。

・例３）	１molの水（液体）がその成分元素の単体から生じる反応では、286kJの熱量が発生する。
	■化学反応式：	２Ｈ₂　＋　Ｏ₂　→　２Ｈ₂Ｏ

	■熱化学方程式：	Ｈ₂（気体）　＋　1/2Ｏ₂（気体）　＝　Ｈ₂Ｏ（液体）　＋　286kJ
	* 物質１molがその成分元素の単体から生じるときの反応熱を生成熱という。 * この反応で、着目する物質を水素とすると、水素の燃焼熱とみることもできる。 * 例１）の場合、着目する物質を二酸化炭素とすると、二酸化炭素の生成熱とみることもできる。

・例４）	１molの硝酸アンモニウムが多量の水に溶解する反応では、25.7kJの熱量が吸収される。
	■化学反応式：	ＮＨ₄ＮＯ₃（固体）　＋　ａｑ　→　ＮＨ₄ＮＯ₃ａｑ

	■熱化学方程式：	ＮＨ₄ＮＯ₃（固体）　＋　ａｑ　＝　ＮＨ₄ＮＯ₃ａｑ　－　25.7kJ
	* 反応熱は、着目する物質１molが反応するときの熱量で表す。 * 溶解したときの反応熱を溶解熱という。

・例５）	塩酸と水酸化ナトリウムの中和反応において１molの水が生じる反応では、56kJの熱量が発生する。
	■化学反応式：	ＨＣｌ　＋　ＮａＯＨ　→　Ｈ₂Ｏ　＋　ＮａＣｌ

	■熱化学方程式：	ＨＣｌ aq　＋　ＮａＯＨ aq　＝　Ｈ₂Ｏ　＋　ＮａＣｌ aq　＋　56kJ
	* 酸とアルカリの水溶液が中和して、水１molが生じるときの反応熱を中和熱という。 * ＨＣｌ aqは塩化水素の水溶液、つまり塩酸を意味する。

３.状態変化と熱の出入り

物質の変化に伴う熱の出入りは、化学反応だけでなく、状態変化においてもみられる。一般に、物質のもつエネルギーは、固体よりも液体、液体より気体の方が大きい。

左図は、氷が融解するときの熱量と、水が蒸発するときの熱量を0℃、１atmに換算したものである。

これを熱化学方程式で表すと、

Ｈ₂Ｏ（固体）　＝　Ｈ₂Ｏ（液体）　－　6.0kJ

Ｈ₂Ｏ（液体）　＝　Ｈ₂Ｏ（気体）　－　45kJ

Ｈ₂Ｏ（固体）　＝　Ｈ₂Ｏ（気体）　－　51kJ

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