ヘスの法則で熱化学方程式を解く超体系的エネルギー図法!

熱化学 エネルギー図

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「イ、原、単、化、完、水」?

「これって何の呪文、、、?」と思った人、

大丈夫です。熱化学につながるので

最後まで読んでいってください!



今日は熱化学の分野の解き方を

完全制覇してもらおう』と思っています。

 

熱化学の問題の解き方は

ワンパターンなので、これさえ覚えれば、

あなたが今後難しいと思うことは一切

ありません。

 

熱化学が分かっていない人は、

 

「熱量の符号って+かーが意味不明!」

「エネルギー図とか必要なの?」

「方程式の消去法ではダメなの?」

 

とか思っています。

 

なんで分かるかって?

 

「現役生の時の俺も思ってたから!!笑」

 

 

ですが、そんな俺も、

その疑問を全て潰すことが出来ました。

 

なので、

今日はそのような分からないところとか

全て解決します!

 

浪人で熱化学を攻略してから

というもの

 

こんな簡単な分野ないな!

頼むから入試で出てくれ!』

 

と思っていました。

 

熱化学なら、どんな問題でも解ける

と思えていました。

 

それはなぜかと言うと、

 

エネルギー図の書き方を

完全に体系化した!

からです。

 

中途半端な知識でエネルギー図を使おうとすると、どのエネルギー準位をどこに書くべきかが分かりません。

 

 

知識が無いまま使うと、

本来上向き矢印を書くべきところで

下向き矢印を書いたりして、

とんでもない値が出てきます。

 

なので今日は本当の

エネルギー図の書き方について

パーフェクトレクチャーしていきます!

 

これが使えれば、

熱化学の分野には

『難問』がないことが分かって

いただけると思います。

 

なので、熱化学方程式の基本的なことは

ここでは扱いません。

 

「化学反応式と熱化学方程式の3つの違い!着目するポイント!」に書いておいたのでこちらでご確認ください!

 

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エネルギー図の順番は決まっている。

エネルギー図には、実は上から順番が決まっているのです。何気なく使っているかもしれませんが、このエネルギー図は、

 

エネルギーが大きい順に並んでいる!

 

のです。

 

実際にエネルギー図を見てみると、

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この順番です。

 

 

この順番を完璧に覚えてください

 

「は、そんなもん覚えられる分けないだろ!」

 

と思われるかもしれません。

なので、少しでも暗記の手助けに

なればと思い、リズムで覚えます。

実は最強の語呂をいただきました。今まで順番通り唱えていただけなのですが、このようなエネルギー図の上からの順番を覚える語呂をハンドルネーム「次男のこぶた」さんから教えていただきました。

 

 

いい音源単価完全に安いわ』です。

 

いい音(イオン)源(原子)単(単体)価(化合物)完全(完全燃焼)に安いわ(水和)

となります!この語呂で是非覚えていきましょう!これを覚えていけば、エネルギー図の順番で困る事は減ります!

上から順番にこれを使ってください!

 

 

また語呂で無理やり覚えるだけでは、使えても納得は出来ないですよね。エネルギー図は最終的には、キッチリ理解して使えるようにしてほしいのです。

理解の手助けとしては、エネルギー図の上に行くほど、状態がぐちゃぐちゃになっているのが分かります。

 

例えば、イオンは原子よりも電子と陽子がバラバラになっていたりしますし、原子は単体よりもバラバラです。

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(※なので、陽イオンは原子より上ですが、陰イオンは原子より下です。なぜなら原子と電子がくっついた物が陰イオンだからです。)

 

だから、固体よりも液体、液体よりも気体の方がエネルギーは高くなります

 

あと、持っていて欲しい理系としての感覚としてエネルギーが高いほど、

不安定

そしてエネルギーが低いほど

安定

ということを覚えておいてください。

 

○○熱と○○エネルギーの違い

これを読んでいるあなたも、思ったことはあるのではないですか?

「中和熱」とかの

『○○熱』と

「イオン化エネルギー」とかの

『○○エネルギー』って

 

熱化学方程式で出てくるけど

なにがちゃうねん、、、

 

そうですよね〜

なんでこのような区別がなされているのか、イオン化熱ではなんでダメなのか?中和エネルギーではなんでダメなのか?っていうことを疑問に思いますよね。

昔の人も無意味に名前の違いをつけたりしません。この命名の違いには意味があります。この違いをきっちり理解する事で、多くの人がつまづいてしまう矢印の向き熱量の符号がめっちゃ簡単に理解できます!

 

この○○熱と○○エネルギーを区別できた瞬間あなたは、熱化学方程式の符号やエネルギー図の矢印の向き全てマスターできるのです!

なので、次の章から1つずつこの熱とエネルギーの違いについて話していきたいと思います!

これは『バラバラ状態から塊状態にする熱量』のことです。

 

例えば、

単体から化合物を生成するのは

生成』です。

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エネルギー図で言うと矢印は

下向き矢印』となります。

 

単体または、化合物を完全燃焼すると

完全燃焼物になります。

このときは『燃焼』になります。

エネルギー図で言うと矢印は

下向き矢印』となります。

 

○○熱

つまり、○○熱の場合は、エネルギー図では、『下向き矢印』を書けばいいのです。

エネルギー

これは『バラバラにするためのエネルギー』です。

例えば、単体をイオンにするときに必要なのは、『イオン化エネルギー』です。

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つまりこのエネルギー図で言うと、単体からイオンなので、『上向き矢印』なのです。

 

他にも化合物を単体に分解するのは、

結合エネルギー』ですので、

これまた『上向き矢印』です。

○○エネルギー

 

つまり、○○エネルギーの場合は、

エネルギー図では、

上向き矢印』を書けばいいのです。

まとめ

これからわかるように

○○熱はバラバラのものが固まる

方向にエネルギー図の矢印を書き、

それは『下向き』です!

 

 

○○エネルギーは

現状からバラバラになる方向へ

エネルギー図の矢印を書き、

それは『上向き』です!

例外

ただし、なんでも法則には、

例外がつきものです。

 

例外は、『状態変化に関わる○○熱』です。

状態変化に関わる○○熱

例えば、蒸発熱などは、

 

『液体が気体になる』など、

バラバラの方向に反応が進んでいます。

 

なので、

 

 

状態変化に関する熱は、

○○エネルギーとして扱う。

 

 

と覚えておいてください。

じゃあ次は熱化学方程式だ!

正直熱化学方程式を立てなくても

問題は解けなくはないが、

『熱化学方程式を書け』って問題も

よく出るから、これはきっちりマスターしておこう!

 

よくミスるのが、熱量の符号

 

 

これも○○熱、○○エネルギーで覚えれば

楽勝です。

 

この見極め方は

下向き矢印(○○熱)なら右辺
上向き矢印(○○エネルギー)なら左辺

と覚えてください。

 

これがどういうことかというと、

○○熱のときは、

左辺にQkJと書けばよくて、

○○エネルギーのときは

右辺にEkJと書けばいいだけです。

 

 

○○熱のときは

+ = + kJ

 

 

○ ○エネルギーのときは

+ kJ = A + B

ということです。

 

驚くほど簡単

こんなことに迷ってたとは、、

 

○○エネルギーの時は、左辺に書いたら

それを右辺に移行したら符号は負になるってわけだ!

 

簡単すぎる!!

 

 

実際これを知らずに

いちいち考えている受験生を哀れみながら

あなたは、1分以内に方程式をたてればいい!

 

 

 

熱化学方程式で符号を間違う事はありません。

これで熱化学方程式を間違えるのは

もはや奇跡ですね

 

 

熱とエネルギーを覚えよう!

このエネルギー図が書けるようになれば、あとは
それぞれの○○熱、○○エネルギーが
『どこ』から『どこ』を覚えるだけです。



『どこ』から『どこ』を覚えてしまいましょう!
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この図でどこからどこ
を覚えてしまいましょう。

 

なぜ熱は熱量を放出しエネルギーは吸収するのか?

まあ、いままでのところで何となく、テクニック的に符号を覚えてもらいましたが、ここではなぜ熱は放出なのか?エネルギーは吸収なのか?という事を話して理解を深めておいてもらおうと思います。

 

まず、熱ですが、これは下向き矢印ですよね。ということは、最初にのべたように上に行くほど不安定でエネルギーが高くなります。下に行くほど安定してエネルギーが低くなります。

 

つまり、基本的にみんな下に行きたいんです

イメージをつけてもらうと、ディズニーランドはお金を払ってでも行きたいですよね。

エネルギー図での下はディズニーランドのようなところです。なので、お金を払ってでも行きたいところです。

 

しかし、上はどうでしょう。不安定で、あまり行きたくないところです。だから、お金を貰わないとやってられないんです。

 

ゴミ処理の仕事などは給料が良いと聞きますが、それはみんなやりたがらないからお金を貰えるから仕方なくやっているのです。

 

つまり、エネルギー図でいう上は熱量をもらわないと行ってられるか!ということです。

 

エネルギー図の下はディズニーランド、上はゴミ処理場みたいな感じで覚えておき、そしてお金を考えるとなぜ熱は熱量を放出するのか?エネルギーは熱を吸収するのか?というのがイメージしやすいです!

 

特殊な熱化学方程式

熱化学方程式には特殊なパターンが

あります。

 

それは、1つの熱化学方程式が

2つの意味を表すのです。

 

これは知識として持っておいてください、

 

この知識は、ノーヒントで、

問題で使わなければならない事が、

あります。

 

なので、キッチリ覚えておいてください。

 

それは

 

2つあります。

 

その2つとは、

 

水の生成熱=水素の燃焼熱

CO2の生成熱=炭素の燃焼熱

この関係性なのです

 

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これはCを中心に見れば、燃焼熱

CO2を中心に見れば、生成熱を

あらわす熱化学方程式ということに

なります。

 

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これもH2を中心に見ると燃焼熱

H2Oを中心に見ると生成熱を

表す熱化学方程式となります。

 

 

 

問題の解き方

とは言ってもこれだけわかっても「使いこなせるかな〜」とあなたは思われているかもしれない。

 

なので少し演習しておきましょう!

 

熱化学の問題の解き方はワンパターンなので、これさえ覚えれば、あなたが今後難しいと思うことは一切ありません。

STEP1 6個のエネルギー準位から必要なものを選ぶ!

問題文に「生成熱」とあれば、

「単体」、「化合物」が必要。

「燃焼熱」▶︎「完全燃焼」が必要

「結合エネルギー」▶︎「原子(気)」が必要

 

のようにエネルギー準位を選びます。

STEP2  図から足し算、引き算で熱量を求める。

 

ではこのやり方を

例題で確認してみましょう。

例)C(黒鉛)の燃焼熱:394kJ/mol、CO の燃焼熱 283kJ/mol、 CO の生成熱は?

 

▶︎まず問題文に『生成熱』『燃焼熱』がある。

つまり、「単体」「化合物」「完全燃焼」が必要!

そしてエネルギー図を書きましょう!

まず必要なエネルギー準位を書き出します。

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そして矢印を書いていきます。

生成熱は○○熱だから下向き矢印、

矢印を書き入れたエネルギー図がこちらです。

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CO の生成熱は 111kJ/mol

とても簡単です。

熱化学の問題は多少難しくなろうと、

きっちり図を書ければ必ずできます。

熱化学の問題ではもう難問はありません。

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補足

様々な受験生にいただいた質問に

お答えしていきます。

溶解熱は○○熱が負?

とある受験生
溶解熱が負になる問題がありました。

○○熱が負ってことは、

矢印が上向きになるってことですよね。

これって

○○熱じゃなくて、

○○エネルギー何じゃないですか?

受験化学コーチわたなべ
うん、素晴らしい質問だね!

これは実は、

高校化学で説明できるレベルの内容じゃ

ないんだ!

溶解熱は、

溶けるだけじゃん!

とおもうかもしれへんけど、

 

水和熱、イオン化エネルギー、、、、

 

またギブズの自由エネルギー、

エントロピーなどを

色々考慮したうえで考えなあかんねん。

なので、溶解熱は負になることも

あるんやね。

ひとまず高校の段階では、

○○熱だから下向き、

それが負であるから、

エネルギー図で矢印が

上向きになる

と覚えておいて!

電子親和力はどう扱う?

とある受験生
電子親和力の扱いはどのようにすればいいですか?
受験化学コーチわたなべ
そうやね!

俺の熱化学の解法法則で考えると、

電子親和力は例外になってしまう

じゃあ解けないのか?というと

そんなわけない!

電子親和力は、

電子親和力

この図のように、

単体の原子(Cl)1molと電子が『くっついて

陰イオンになることで放出される

熱量!

 

くっつく』ということは、

熱化学方程式は『右辺』で、

エネルギー図の矢印は『下向き

ととらえればいい。

 

ということは、

電子親和力は、

○○熱』として扱えば良い!

 

まあこの混乱は、

英語の『electron affinity』

の日本語翻訳ミスだと思う。

あなたは、

『電子親和

と覚えればオッケー!

 

それでは最後まで読んでいただきありがとうございました。

エネルギー図はまずは

自分で作ってみる事が大事です。

こちらの記事で確認してください。

エネルギー図の書き方がわからない人へ!習うより慣れろ!



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43 件のコメント

  • なぜ下向きなら右辺と覚えるのに、○○熱は左辺にQKJとかくということなのですか?
    ○○エネルギーを右辺に書いて移行するとマイナスになるのはわかったのですが

    • 下向き矢印なら右辺です。○○熱なら右辺に書きます。
      なぜなら発熱反応だからです。

      左辺の物質が右辺に行くときに熱を放出するからです。

      ○○エネルギーなら上向き矢印で左辺に書きます。

      吸熱反応だからです。
      より高いエネルギー状態に行くには外部からエネルギーを加える必要があります。
      左辺の状態から右辺の状態に行くのにエネルギーが必要だから左辺にエネルギー量を書きます。


      『記事の該当部分』です。

  • 問題の矢印を書き加えた図が良く分からないです。赤色矢印が111kjだと思ったのですが違うのですか?なぜ、右側の黒矢印が111kjになるのでしょうか?あと、生成熱は吸熱も発熱もどちらもありますよね?吸熱のエネルギー図だと、単体の位置から上向きに矢印が向きますよね?そうなると、あなたのどこからどこの図から見ると、結合eなどになってしまいませんか?

    • そうですね、黒矢印は間違ってます。なんでここ書いたんでしょうね笑直しておきます。

      そして、 生成熱に関してですが吸熱反応だろうと入試問題では、負で与えられますので気にせず下向き矢印にしてしまえばいいのです。

      ○○熱例外 ○○熱が負のときの扱い方 こういうかんじ。
      上が、実際のエネルギー図で
      下が、わたなべ流の考え方です。


      負の熱量でも関係なくエネルギー図を作ると
      -(-Q)=+Qとなり、
      上とまったくおなじになります。

  • 状態変化のエネルギーについて質問なんですが、凝縮熱はバラバラから塊になるので、下向き矢印にするんですか?それとも状態変化のエネルギーはすべて上向きですか?

    • このエネルギー図法は最初熱化学が苦手な人向けに
      とっかかりとして作っていますので、
      例外もあります。

      そしてそれの1つが状態変化の○○熱ですが、
      これはバラバラからくっつくが○○熱扱い


      くっついた状態からバラバラになるのが、
      ○○エネルギー扱いです。

      詳しくはこちら

  • こんにちは。
    わたなべさんの解法を見ながら、他の問題を考えていたのですが、なかなかうまくいきません。
    このページに載っている例題は、かなり簡単なやつだと思うんですが、もう少し複雑な問題で見せていただけるとありがたいです。

    • 化合物で2レベル作って
      化合物1
      ーーーーーー
           


      化合物2
      ーーーーーーーー
      と言う感じになります。

  • 格子エネルギーって、イオン結晶を気体状のイオンにバラすのに必要なエネルギーですよね?
    そうしたら、図の矢印が原子までではなくその上のイオン(気)までのような気がするのですが。

  • Na(固)=Na(気)-89kj①
    Na(気)=Na+(気)+e- -496kj②
    Cl2(気)=2Cl(気)-244kj③
    Cl(気)+e-=Cl-(気)+349kj④
    Na(固)+1/2Cl2(気)=Nacl(固)+413kj⑤
    ( )⑥

    NaCl(固)の格子エネルギーQ(kj/mol)として(Q>0)⑥式の熱科学方程式を書きQを求めよ

    これのエネルギー図の書き方を教えてください。複数の式に同じもので違う係数のものなどいっぱい出てきてゴチャゴチャでどう書けばいいのかわかりません。

    答・・・NaCl(固)=Na+(気)+Cl-(気)-Q
    Q=771(kj/mol)です

  • 炭素、水素、メタンの燃焼熱はそれぞれ394kJ/mol、286kJ/mol、891kJ/mol
    メタンの生成熱は?
    という問題も図で解くことはできるのですか?

    • もちろん、単体です。
      そして、CとH2は同じところに書いて大丈夫です。
      そしてCO2とH2Oを
      完全燃焼の所に書いてください。
      そうすれば出来ます。

  • 塩化ナトリウムと水酸化カリウムを反応させたとき
    硫酸と固体の水酸化カリウムを中和させたときの反応はどう書けばいいですか?

  • わかりやすい説明ありがとうございます。結合エネルギーについての問題でわからないところがあったので質問させていただきました。

    アセチレンの生成熱が-232kJ
    H-H,C-Hの結合エネルギーがそれぞれ436kJ,415kJ、黒鉛の昇華に必要な熱量が713kJの時、アセチレンの三重結合の結合エネルギーを求める問題です。

    この問題をエネルギー図で解くなら、どのような図になりますか?自分で書いたのですが、上下がわからなくなりました。
    よろしくお願いします。

  • 陰イオンが原子よりも下ってことは図的にも下に書けばいいんですか?
    イオン化エネルギーって大きいほど陽イオンになりにくいって書いてあるんですけど、図の場合でも上にいくほど陽イオンになりにくくなりますか?
    そうすると、陰イオンの位置がわからなくなりました
    よろしくお願いします。

    • 上から陽イオン、原子、陰イオン、
      イオン化エネルギーが大きい=原子と陽イオンとの間が広い

  • 反応熱を熱化学方程式から組み立てるときはどうしたらいいですか?
    私が解いた問題は答えにマイナスが
    ついててエネルギー図の書き方が
    分かりません。
    どうしたら求められますか?

    • エネルギー図で熱量が負ということは、
      上向き矢印です。つまり左辺がした右辺が上に
      書くと言う事になります。

  • ブドウ糖をアルコール発酵させると、以下の反応式にしたがってエタノールが生成する。
    C6H12O6(固)=2C2H5OH(液)+2CO2(気)+Qkj
    ブドウ糖とエタノールはどちらの方がエネルギーが高いですか?
    化合物が2つ以上ある時のエネルギー図がわかりません。


    • こういう風に、
      どちらが上か下か迷うときがありますよね。
         
      こういうときには、
      どうすべきか、
      それは、まず+QkJと書いてあるので、
      ○○熱だと思ってエネルギー図を書きます。
         
      そうすると、どうでしょうか?
      とりあえずは、上に
      グルコースを書いて、
      下にCO2+エタノール
      を書くのがわかります。
         
      こうすれば、
      本当は、エタノールとCO2
      上でないと行けない場合は、
      Qが負の値になります
        
      あ、負の値が出たら、
      「逆だったんだな〜」
      って思えば良いだけです。
        
      別に対して気にする必要はありません。

      • なるほど✨ありがとうございます!
        私はこのサイトのおかげで気体の問題や化学平衡の問題が解けるようになって、偏差値が15上がりました。
        無機有機高分子の方も増えると嬉しいです!

  • 酸素の燃焼熱ってありますか?2014年のセンター過去問を解いていたら気になったので教えてください。

  • アンモニア、一酸化炭素、水(気)の生成熱はそれぞれ46kj/mol、-90kj/mol、242kj/molである。アンモニア4molが酸素と反応して、一酸化炭素と水(気)が生じる反応の反応熱を求めよ。

    という問題があるのですが、これってエネルギー図で解けますか?解答を見ると-90×4+242×6-46×4=908kj
    となって矢印がアンモニアだけ上向きになっているのですがどういうことでしょうか?

    • ごめんなさいわからない場所が何なのかがわかりました。一酸化窒素がマイナスなので上向き矢印ということはこれをエネルギー図すると
      アンモニア:単→化
      一酸化窒素:化→単
      水:単→完
      求める反応熱:化→完
      だと思うのですが、ここからどう引けばいいのかわかりません。これはベクトル向きの足し算のようにして解くのですか?

  • 質問です。
    CH4O(液)+3/2O2=CO2+2H2O(液)+726kj
    この熱化学方程式はエタノールの燃焼熱、二酸化炭素の生成熱のどちらが正しいですか?

    • 燃焼熱ですね。
      生成熱は単体から作り出される事です。

      そして、CH4Oはメタノールですね。

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