化学の問題　熱化学反応はこうすれば簡単に計算できる　どこの本にも書いてない新手法アルケミストは考えた/ウェブリブログ

化学の問題　熱化学反応はこうすれば簡単に計算できる　どこの本にも書いてない新手法

<< 作成日時： 2016/12/16 21:24 >>

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

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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