 今日から熱について勉強しましょう。皆さんは，使い捨てカイロ（携帯用カイロ）をよく使うと思いますが，あれは化学変化を利用したものであることは知っているでしょう。では，どのような反応なのでしょうか。Ｆｅ ＋ ３/４Ｏ２ ＋ ３/２Ｈ２Ｏ ＝ Ｆｅ（ＯＨ）３ ＋ ４０３ｋＪ 実は少し複雑な反応で，単に鉄が酸化鉄になるのとは違うのですね。このとき，鉄１molから４０３ｋJ（キロジュール）の熱が出ます。４０３ｋJの熱はイメージできますか？ 今日の勉強の具体的な内容は， （１） 熱と熱量 （２） 反応熱 （３） 熱化学方程式 （４） いろいろな反応熱 です。 発熱反応は，温度が高くなる反応です。先ほどの携帯用カイロは，発熱反応を利用したものです。それに対して，冷却パックのように温度が下がる反応を吸熱反応といいます。熱を吸えば温度が高くなると考える人はいませんか。熱エネルギーを吸収して，それを違う形のエネルギーにするのです。ですから，周りの熱エネルギーを奪われたものは，熱運動が低下して温度が下がるわけです。  |
 １ 反応熱と熱化学方程式 （１）熱と熱量 熱運動…物質を構成する粒子の不規則な運動 温度が高くなる→熱運動は激しくなる 高温の物体から低温の物体に移動する熱運動のエネルギー→熱 熱の量→熱量 Ｑ＝ｍｃΔＴ Ｑ〔Ｊ〕：熱量，ｍ〔ｇ〕：質量，ｃ〔Ｊ/（ｇＫ）〕比熱，ΔＴ〔Ｋ〕：温度差  |
| 水の比熱は４．２Ｊ/（ｇＫ）です。したがって，１ｇの水の温度を１Ｋ（ケルビン）上昇させるのに必要な熱量は，Ｑ＝１×４．２×１＝４．２〔Ｊ〕となりますね。４．２Ｊは１ｃａｌと等しい熱量です。１Jは約０．２４calです。ですから，先ほどの４０３ｋJは９６７２０calですね。約１０万ｃａｌですから，１０ｋｇの水の温度を１０K上げることができる熱です。 次は，反応熱です。 |
（２）反応熱 化学反応をともなって放出されたり吸収されたりする熱 熱を発生する化学反応 → 発熱反応 （例） ２Ｈ２ ＋ Ｏ２ → ２Ｈ２Ｏ 熱を吸収する化学反応 → 吸熱反応 （例） Ｃ（黒鉛） ＋ Ｈ２Ｏ → ＣＯ ＋ Ｈ２ |
| 化学変化や状態変化にともなう熱の出入りは，熱化学方程式で表現します。このとき注意することは，→ではなく，＝を使うことです。よく間違えますから，注意して下さい。熱化学法的式では，左辺と右辺のエネルギーの和が等しいことを意味します。下の２つの例を参考にして下さい。 |
（３）熱化学方程式 化学反応式の右辺に反応熱をかき加え，左辺と右辺を等号（＝）で結んだもの 反応熱の符号 … 発熱反応は＋，吸熱反応は− |
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＜例１＞ ２Ｈ２ ＋ Ｏ２ → ２Ｈ２Ｏ Ｅ１は気体の水素１molと気体の酸素１/２molのもっているエネルギーだから Ｅ１＝Ｈ２（気）＋１/２Ｏ２（気）…(1) Ｅ２は液体の水１molがもっているエネルギーだから Ｅ２＝Ｈ２Ｏ（液）…(2) Ｅ１−Ｅ２＝２８６〔ｋＪ〕 式を変形すると Ｅ１＝Ｅ２＋２８６ｋＪ…(3) (3)式に(1)，(2)式を代入すると Ｈ２（気）＋１/２Ｏ２（気）＝Ｈ２Ｏ（液）＋２８６ｋＪ |
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＜例２＞ Ｃ（黒鉛） ＋ Ｈ２Ｏ → ＣＯ ＋ Ｈ２ Ｅ１は黒鉛１molと気体の水１molのもっているエネルギーだから Ｅ１＝Ｃ（黒鉛）＋Ｈ２Ｏ（気）…(1) Ｅ２は気体の一酸化炭素１molと気体の水素１molがもっているエネルギーだから Ｅ２＝ＣＯ（気）＋Ｈ２（気）…(2) Ｅ２−Ｅ１＝１３１〔ｋＪ〕 式を変形すると Ｅ１＝Ｅ２−１３１ｋＪ…(3) (3)式に(1)，(2)式を代入すると Ｃ（黒鉛）＋Ｈ２Ｏ（気）＝ＣＯ（気）＋Ｈ２（気）−１３１ｋＪ |
| 反応熱には，特別の名前で呼ばれているものがあります。それらの意味をしっかりと把握して下さい。中心になるものが１molになるよう定義されています。生成熱については，後ほど扱うことにします。 |
（４）いろいろな反応熱 ＜燃焼熱＞ 物質１molが完全燃焼するときに発生する熱 Ｃ３Ｈ８（気） ＋ ５Ｏ２（気） ＝ ３ＣＯ２（気） ＋ ４Ｈ２Ｏ（液） ＋ ２２１９ｋＪ ＜溶解熱＞ 溶質１molを多量の溶媒に溶かしたときに出入りする熱 NaOH（固） ＋ ａｑ ＝ ＮａＯＨａｑ ＋ ４５ｋＪ ＜中和熱＞ 酸と塩基の反応で，１molの水が生成するときに発生する熱 HCｌaq ＋ NaOHaq ＝ NaClaq ＋ Ｈ２Ｏ（液） ＋ ５６．５ｋＪ |
| aqは多量の水を表します。 では，今日の勉強の確認です。 １．質量ｍ〔ｇ〕，比熱ｃ〔Ｊ/（ｇＫ）〕温度差ΔＴ〔Ｋ〕とすると，熱量Ｑはどのような式で示すことができますか？→ Ｑ＝ｍｃΔＴ ２．熱を発生する化学変化を何といいますか？→発熱反応 ３．熱を吸収する化学変化を何といいますか？→吸熱反応 ４．気体の水素１molと気体の酸素０．５molから液体の水ができる反応は，２８６ｋJの発熱反応です。この反応を熱化学方程式で示しなさい。→ Ｈ２（気）＋１/２Ｏ２（気）＝Ｈ２Ｏ（液）＋２８６ｋＪ ５．燃焼熱，中和熱，溶解熱をそれぞれ説明しなさい。→燃焼熱：物質１molが完全燃焼するときに発生する熱，中和熱：酸と塩基の反応で，１molの水が生成するときに発生する熱，溶解熱：溶質１molを多量の溶媒に溶かしたときに出入りする熱 次回は，熱の学習で最も大切なヘスの法則について勉強しましょう。 |