ヘスの法則と反応熱の計算
ヘスの法則(総熱量保存則)は「反応熱は経路によらず、始状態と終状態のみで決まる」というエネルギー保存の表現です。
基本知識
ヘスの法則により、複数の熱化学方程式を加減して目的の反応式の ΔH を計算できます。たとえばCの不完全燃焼CO生成熱は、直接測定が困難ですが:
(a) C(s)+O2(g)→CO2(g), ΔHa=-394 kJ
(b) CO(g)+½O2(g)→CO2(g), ΔHb=-283 kJ
(a)-(b): C(s)+½O2(g)→CO(g), ΔH = ΔHa-ΔHb = -111 kJ
と求められます。エンタルピーは状態量で、経路に依らないからこそ成り立つ法則です。
📘 重要原理
ヘスの法則（総熱量保存、ΔHは経路に依らない）
状態量（始状態と終状態のみで決まる量。H, U, S, G）
熱化学方程式の加減（係数倍・足し合わせ可能）
逆反応（ΔHは逆符号）
エネルギー図(エンタルピー図)（高低差で可視化）
標準生成エンタルピー表（任意反応のΔH計算の基礎）
ヘスの法則（総熱量保存、ΔHは経路に依らない）
状態量（始状態と終状態のみで決まる量。H, U, S, G）
熱化学方程式の加減（係数倍・足し合わせ可能）
逆反応（ΔHは逆符号）
エネルギー図(エンタルピー図)（高低差で可視化）
標準生成エンタルピー表（任意反応のΔH計算の基礎）
深掘り (原理・応用)
ヘスの法則は熱力学第一法則(エネルギー保存)の化学反応への適用です。エンタルピーが状態量だからこそ、複雑な多段階反応のエネルギー変化を、簡単な基本反応の組み合わせから計算できます。
応用例: ボーンハーバーサイクルで結晶のイオン化エネルギーや格子エネルギーを推算する、生化学的反応のATP代謝経路の熱力学解析、燃料の燃焼設計、産業プロセスの熱バランス計算など。
💡 ポイント
- ヘスの法則=経路に依らない
- 熱化学方程式は代数的に扱える
- 反応式を係数倍するとΔHも係数倍
- 逆反応はΔHの符号を反転
- ΔH反応=ΣΔHf°(生成物)-ΣΔHf°(反応物)
- エンタルピー図で可視化が有効
- ボーンハーバーサイクル=応用例
注意点 (混同しやすい・頻出ミス)
① 式の係数倍はΔHも同じ倍率にする。② 逆反応では符号を必ず変える。③ 物質の状態(g/l/s)を揃える(蒸発熱を考慮)。④ ΣΔHf°計算で生成物 - 反応物の順を間違えない。
練習
- (a) C+O2→CO2 (ΔH=-394 kJ), (b) H2+½O2→H2O(l) (ΔH=-286 kJ), (c) CH4+2O2→CO2+2H2O(l) (ΔH=-891 kJ) からCH4の生成熱を求めよ。
- 逆反応 CO2→C+O2 の ΔH はいくらか。
- ヘスの法則がエンタルピーの何という性質に基づくか答えよ。