複雑な熱化学方程式の問題を解くコツを暴露してみた！

こんにちは。

普段は問題を送られて来ても解きませんが、今回の質問はなかなか難しい問題だったので、これを機に熱化学でつまづく所をちゃんとやっておこうかと思いました！

複雑な熱化学方程式の問題をどのようにエネルギー図にして解いていくか。そのコツをキッチリ学んでいきましょう！

エネルギー図の書き方

エネルギー図の書き方がソモソモわかんねえ！って言う人はこちらから確認してください！

エネルギー図の超体系的書き方とは？ヘスの法則で熱化学方程式を図解せよ！

 

では今回の問題を見ていきます！

2Fe+3/2O₂ -824kJ= Fe₂O₃ ・・①
C+O₂=CO₂+394kj・・・②
Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe+3CO₂+25kj・・・③
の３式から
Fe₂O₃ + 3C = 2Fe + 3CO + Q1・・・④
C + 1/2O₂ = CO + Q2・・・⑤

答えはQ1=-491,Q2=111となります。

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エネルギー図を２つにわける方法

これはいいですね！これを模範解答とさせてもらいます！

まず着眼点ですが、求める④と⑤ですね。

⑤はシンプルなのでまず、④からエネルギー図を書きます。

 

そして、+Q1が求める物です。右辺に+Q1という熱量がある。つまり、これは◯◯熱です。なので左辺から右辺に下向き矢印が書かれます。

１つにまとめる

 

という解法もありました。これはなかなかよく考えて『良い音源単価高かったですわ』に当てはめてくれています。

 

これは、なかなか応用力のあるひとで熱化学方程式をくずしてバラバラにして作ってくれています。ここまでかんがえるのはなかなか難しかったと思います。

 

解説

今回の問題ですが、問題の題材が『鉄の精錬』でした。

この鉄の精錬であることを理解すれば、この２つのエネルギー図にするという方針がおもいついたかもしれません。

鉄の精錬反応というのは、Fe2O3をコークス（C）と一酸化炭素（CO)で反応させてFeの単体を精錬します。

 

この鉄の精錬は、２つの主な反応があります。

Fe₂O₃+3C→2Fe+3CO

と

Fe₂O₃+3CO→2Fe＋3CO₂

この２つの主な反応があるわけです。そして、この２つを同じエネルギー図にまとめてしまおうとすると本当に面倒になります。

 

超大がかりなエネルギー図になってしまいます。でも今回の問題を見ると、

2Fe+3/2O₂ -824kJ= Fe₂O₃ ・・①

C+O₂=CO₂+394kj・・・②

C + 1/2O₂ = CO + Q2・・・⑤

などが与えられていますよね。

 

が与えられているのです。これを考えると、２つのエネルギー図を作ることは可能なのです。

 

まあ、なかなかこのことまで気付くことは難しいと思います。なんとか１つのエネルギー図を作ろうと奮闘したと思います。

模範解答認定は岡野君！ありがとう！

再掲しておきます！

基本的に『良い音源単価高かったですわ』で解いていきますが、今回のように、◯◯熱ということにしたがっていくと一番下にFeの単体が来ることがあります。

 

ただ、このような場合

 

という質問が来ますが、つねに良い音源単価高かったですわが成り立つわけではありません。

 

例えば、Fe2O3+C→2Fe+3COという反応が会ったと思いますが、左辺はFe2O3が酸化物だしくっついているけど、炭素がCで単体。右辺はFeは単体だけど一酸化炭素が酸化物。

 

と言うように左辺も右辺もどっちが上かどうか、どちらにも単体があって判断しにくいこともよくあります。

 

その場合は、そのまま気にせず左辺を上に右辺を下に書けばいいです。

そう、つまりエネルギー図の上下はもし、求めてみて逆だったら答えが負の値になるだけだから大丈夫！

まとめ

この問題でいうと、

「鉄の精錬であると見抜いて２つのエネルギー図を作る」が一番楽に解く方法です。

 

もし、それが見抜けなかった場合は、消去法で解いた方が良かったかもしれません。とはいえ、今回のメルマガのテーマとしては、

 

エネルギー図で解いてみよう！と言うものだったので、果敢に挑戦してくれた人は素晴らしかったと思います。

 

キッチリ解いてくれた岡野君は素晴らしいです！

 

これを機に、エネルギー図が得意になれる人が増えることを願っています！それでは１