化学は好きですか? 3つの熱化学反応を足したり引いたりして、目的の反応式の発熱量を求めます

私は化学を生業としていますが、この手の問題は嫌いです。化学反応式同士を足したり引いたりしていれば、いつか答えにたどり着けるのですが、時間がかかる場合があります。答え候補の①から順番に手を付け、結局答えが⑤であった場合には多くの時間と気力をつぎ込むことになります。人によっては計算に絶対的な自信があり、④までが答えでないから⑤が答え、と決断できる人ならまだ少しは救われますが、普通の人はそれでも⑤を計算しないと自信が持てません。

参考書を調べても、やはり力づくで足したり引いたり、これがこの問題の「常識」です。

それでも、もっと簡単に解ける方法がないかと私なりに考え、ある方法にたどり着きました。少しは計算が楽になりますし、間違いもなくなると思います。

日本技術士会のホームページより
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まずは普通の解き方から。①の発熱量を求めてみます。

問題で与えられている反応式は、

   C+0.5O2=CO+111     (1)
   C+O2=CO+394        (2)
   H2+0.5O2=H2O+286   (3)

①CO+H2→C+H2O+?

 H2Oが含まれているのは(3)式だけです。O2は含まれていないので、とりあえず(3)-(1)としましょう。
   H2-C=H2O-CO+286-111  (4)
 CとCOを反対側に移行すれば、
   CO+H2=C+H2O+175

 発熱反応です。一発でうまくいきました。これが答えです。簡単ですね。

うまくいくとこのように喜べるわけですが、ともかくこれは偶然の成功です。しかも、精神的に疲れました。



そこで機械的開放を求めて、式(1)~(4)を次のように変形します。化合物をすべて左辺へ、熱量は右に

   C+0.5O2-CO    =111  (1)
   C+O2-CO2      =394  (2)
   H2+0.5O2-H2O  =286  (3)

   CO+H2-C-H2O   =?   ①

登場人物(化合物)はC、CO、CO2、O2、H2、H2Oの6種類です。これを行列式のように並べます。

    C   CO   CO2   O2   H2   H2O   熱量

    1   -1         0.5              111   (1)
    1         -1    1               394   (2)
                    0.5   1    -1   286   (3)

    -1  1                 1    -1    ?   ①

これを見ると一目瞭然ですね。①=(3)-(1)、したがって?=286-111=175>0、発熱です。


念のために②についても同じく、

   CO+H2O=H2+CO2+?     ②

式を変形して、

   CO+H2O-H2-CO2=?     ②

    C   CO   CO2   O2   H2   H2O   熱量

    1   -1         0.5              111   (1)
    1         -1    1               394   (2)
                    0.5   1    -1   286   (3)

         1    -1         -1    1     ?   ②

②=ー(1)+(2)ー(3)ですね。従って、?=-111+394-286=-3<0、吸熱反応です。

どうです。簡単になったでしょ。



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(メモ)

日本経済新聞 10月27日朝刊

1面  日・フィリピン首脳会談 南シナ海 平和解決で一致 ドゥテルテ氏「法の支配重要」



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