反応熱とエンタルピー
化学反応に伴う熱の出入りを反応熱といい、定圧条件下のエネルギー変化をエンタルピー変化 ΔHで表します。
基本知識
反応熱の符号は反応エンタルピー変化 ΔH の符号で表現します。発熱反応はエンタルピーが減少するので ΔH<0、吸熱反応は ΔH>0。代表的な反応熱の種類:
① 生成熱(ΔHf): 単体から1 molの化合物を生成
② 燃焼熱(ΔHc): 1 molの物質が完全燃焼
③ 中和熱: 水1 molを生成する強酸強塩基中和は約56 kJ
④ 溶解熱: 1 molの物質を多量の溶媒に溶かす
熱化学方程式は反応式の右に ΔH を併記します(例: 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l)、ΔH = -572 kJ)。
📘 重要用語・公式
エンタルピー H（定圧で熱量に等しい状態量。H=U+PV）
ΔH（生成物-反応物。発熱で負、吸熱で正）
生成熱 ΔHf°（標準生成エンタルピー）
燃焼熱（1 mol完全燃焼の熱量）
中和熱（強酸+強塩基で約-56 kJ/mol）
熱量計（ボンベ熱量計で発熱量測定）
エンタルピー H（定圧で熱量に等しい状態量。H=U+PV）
ΔH（生成物-反応物。発熱で負、吸熱で正）
生成熱 ΔHf°（標準生成エンタルピー）
燃焼熱（1 mol完全燃焼の熱量）
中和熱（強酸+強塩基で約-56 kJ/mol）
熱量計（ボンベ熱量計で発熱量測定）
深掘り (原理・応用)
標準生成エンタルピー ΔHf° は単体の標準状態を基準(0)とした各物質のエンタルピー値で、データブックに載っています。任意反応の ΔH は ΔH反応 = ΣΔHf°(生成物) - ΣΔHf°(反応物) で計算できます。
食品のカロリー表示は燃焼熱の応用で、1 kcal=4.18 kJ。ロケット燃料、火薬、暖房設計、エネルギー政策などにおいて反応エネルギーの定量計算は不可欠です。
💡 ポイント
- 発熱: ΔH<0、吸熱: ΔH>0
- 状態(g/l/s)を必ず明記
- 生成熱: 単体→化合物1 mol
- 単体の標準生成エンタルピー=0
- 強酸強塩基の中和熱は約56 kJ/mol
- q = mcΔT(熱量と比熱)
- 1 kcal = 4.18 kJ
注意点 (混同しやすい・頻出ミス)
① 旧表記の「反応熱 Q」と新表記の「エンタルピー変化 ΔH」は符号が逆(Q>0 ⇔ ΔH<0)。② 物質の状態(g/l/s)で値が変わる(液体水と気体水の生成熱は異なる)。③ 弱酸弱塩基の中和熱は56 kJよりかなり小さい(電離吸熱があるため)。④ 燃焼熱は完全燃焼を仮定。
練習
- C(s) + O2(g) → CO2(g), ΔH = -394 kJ で、炭素12 gを燃焼した時の発熱量を求めよ。
- H2O(l)の標準生成エンタルピーが-286 kJ/molのとき、2H2(g)+O2(g)→2H2O(l)のΔHを求めよ。
- 強酸強塩基の中和熱が約-56 kJ/molとなる本質的理由を、化学反応式とともに説明せよ。