この章では，生成熱や結合エネルギーについて学びましょう。この章の内容も，ヘスの法則と関係があります。 １．単体とは何ですか? それ以上細かい成分に分けることのできない純物質のことをいう。 単体は，１種類の元素でできた純物質である。 ２．共有結合とは，どのような結合ですか? 原子間で出し合った価電子を共有してできる結びつきのことをいう。　 　生成熱とは，物質１ｍｏｌがその成分元素の単体から生成するときの反応熱のことです。単体の生成熱は０ｋJ/ｍｏｌとすることに注意してください。反応熱は，その反応に関係する物質の生成熱から，ヘスの法則に基づいて計算することができます。 　結合エネルギーは，化学 ＩＩ で扱う内容ですが，ここで紹介しておきます。結合エネルギーは，共有結合を切るために必要なエネルギーです。この結合エネルギーを使っても，反応熱を求めることができます。 　　　　 　この章の学習内容は，次の通りです。 （１）生成熱 （２）結合エネルギー 　では，生成熱からはじめましょう。単体の生成熱が０になることに注意してください。

（１）生成熱 　物質１ｍｏｌがその成分元素の単体から生成するときの反応熱 →生成熱 　単体の生成熱は０ 　生成物の生成熱をａ ｋＪ 　反応物の生成熱をｂ ｋＪ　とすると 　反応物から生成物に変化するときの反応熱Ｑ 〔ｋＪ〕は 　Ｑ ＝ａ −ｂ 　すなわち， 　反応熱＝生成物の生成熱の和−反応物の生成熱の和   　 ＜例１＞黒鉛と水蒸気の反応 　Ｃ（黒鉛） ＋ Ｈ２Ｏ（気） ＝ ＣＯ（気） ＋ Ｈ２（気） ＋ Ｑ ｋＪ １．反応物の生成熱 　単体の生成熱は０ 　黒鉛は単体だから生成熱は０ 　水の生成熱だけを考える 　水（気体）の生成熱は２４２ｋＪだから 　Ｈ２（気）　＋　１/２Ｏ２（気）　＝　Ｈ２Ｏ（気）　＋　２４２ｋＪ ２．生成物の生成熱 　水素は単体だから生成熱は０ 　一酸化炭素の生成熱だけを考える 　一酸化炭素の生成熱は１１１ｋＪだから 　Ｃ（固）　＋　１/２Ｏ２（気）　＝　ＣＯ（気）　＋　１１１ｋＪ ３．生成熱から反応熱を求める 　反応熱＝生成物の生成熱の和−反応物の生成熱の和だから 　Ｑ ＝１１１−２４２ 　　 ＝−１３１〔ｋＪ〕

「反応熱＝生成物の生成熱の和−反応物の生成熱の和」の関係ををしっかり覚えておきましょう。 　次は結合エネルギーです。多くの結合エネルギーが求められていますが，異なる化合物から求めた結合エネルギーの値は，必ずしも一致しません。例えば，Ｃ＝Ｏの結合エネルギーは，ケトン類（詳しくは有機化学で）と二酸化炭素では異なりますから，注意して下さい。結合エネルギーからも，ヘスの法則に基づいて生成熱を計算で求めることができます。

（２）結合エネルギー 　共有結合を切るとき必要なエネルギー→結合エネルギー 　結合１ｍｏｌあたりの値で示す 　生成物の結合エネルギーをａ ｋＪ 　反応物の結合エネルギーをｂ ｋＪ　とすると 　反応物から生成物に変化するときの反応熱Ｑ 〔ｋＪ〕は　 　Ｑ ＝ａ −ｂ 　すなわち 　反応熱＝生成物の結合エネルギーの和−反応物の結合エネルギーの和   　 ＜例２＞メタンの燃焼 　ＣＨ４（気）＋２Ｏ２（気）＝ＣＯ２（気）＋２Ｈ２Ｏ（気）＋Ｑ ｋＪ １．反応物の結合エネルギー 　Ｃ-Ｈ（ＣＨ４）の結合エネルギー＝４１６〔ｋJ〕 　Ｃ-Ｈ結合は４個あるから 　ＣＨ４　＝　Ｃ　＋　４Ｈ　−　４×４１６ｋＪ 　Ｏ＝Ｏの結合エネルギー＝４９８〔ｋＪ〕 　Ｏ２が２分子必要だから 　２Ｏ２　＝　４Ｏ　−　２×４９８ｋＪ ２．生成物の結合エネルギー 　Ｃ＝Ｏ（ＣＯ２）の結合エネルギー＝８０４〔ｋＪ〕 　Ｃ＝Ｏ結合は２個あるから 　ＣＯ２　＝　Ｃ　＋　２Ｏ　−　２×８０４ｋＪ 　Ｏ−Ｈ（Ｈ２Ｏ）の結合エネルギー＝４６３〔ｋＪ〕 　Ｏ−Ｈ結合が２個，Ｈ２Ｏが２分子だから 　２Ｈ２Ｏ　＝　４Ｈ　＋　２Ｏ　−　２×２×４６３ｋＪ ３．結合エネルギーから反応熱を求める 　反応熱＝生成物の結合エネルギーの和−反応物の結合エネルギーの和 　だから 　Ｑ ＝（２×８０４＋２×２×４６３）−（４×４１６＋２×４９８） 　　 ＝（１６０８＋１８５２）−（１６６４＋９９６） 　　 ＝３４６０−２６６０ 　　 ＝８００〔ｋＪ〕

ヘスの法則が理解できていないと，この章の内容は難しいですね。ヘスの法則は大切です。必要に応じて，復習して下さい。それと，計算練習を数多くこなすことが必要です。 　　 　それでは，この章の学習内容を確認しましょう。 １．生成熱とはどのような反応熱ですか？ ２．反応熱と，生成物の生成熱の和と，反応物の生成熱の和の関係はどのようになりますか？ ３．次式のＱ の値を求めなさい。Ｃ（固）＋Ｈ２Ｏ（気）＝ＣＯ（気）＋Ｈ２（気）＋ＱｋＪ ただし，Ｈ２Ｏ（気）の生成熱を２４２ｋＪ/ｍｏｌ，ＣＯ（気）の生成熱を１１１ｋＪ/ｍｏｌとします。 ４．結合エネルギーとはどのようなエネルギーですか？ ５．生成物の結合エネルギーと，反応物の結合エネルギーと，反応熱の関係はどのようになりますか？ ６．次式のＱ の値を求めなさい。Ｈ２＋Ｃｌ２＝２ＨＣｌ＋Ｑ ただし，Ｈ-Ｈの結合エネルギーを４３６ｋJ/ｍｏｌ，Ｃｌ-Ｃｌの結合エネルギーを２４３ｋＪ/ｍｏｌ，Ｈ-Ｃｌの結合エネルギーを４３２ｋＪ/ｍｏｌとします。 ７．次の熱化学方程式を使って，下の問いに答えなさい。 　Ｈ２（気）＝２Ｈ（気）−４３２ｋＪ 　Ｃ（黒鉛）＋２Ｈ２（気）＝ＣＨ４（気）＋７４．５ｋＪ 　Ｃ（黒鉛）＝Ｃ（気）−７１５ｋＪ 　（１）メタン分子中のＣ-Ｈ結合の結合エネルギーを求めなさい。 　（２）炭素原子間の単結合と二重結合の結合エネルギーは，それぞれ３６８ｋＪ/ｍｏｌ，５９０ｋＪ/ｍｏｌである。エチレンに水素が付加してエタンが１ｍｏｌ生じる反応の反応熱を求めなさい。

答
１．物質１ｍｏｌが，その成分元素の単体から生成するときの反応熱
２．反応熱＝生成物の生成熱の和−反応物の生成熱の和
３．反応熱Ｑ ＝生成物の生成熱の和−反応物の生成熱の和＝（１１１＋０）−（０＋２４２）＝−１３１〔ｋＪ〕
４．共有結合を切るとき必要なエネルギー
５．生成物と反応物の結合エネルギーの差が，反応熱と等しくなる。
６．１ｍｏｌの水素分子を２ｍｏｌの水素原子にするのに４３６ｋJが必要だから，Ｈ_２＝２Ｈ−４３６ｋＪ　と表すことができる。同様に，Ｃｌ_２＝２Ｃｌ−２４３ｋＪ　と表すことができる。一方，２ｍｏｌのＨ原子と２ｍｏｌのＣｌ原子から２ｍｏｌのＨＣｌ分子ができるとき，２×４３２ｋＪのエネルギーを放出するから，２Ｈ＋２Ｃｌ＝２ＨＣｌ＋２×４３２ｋＪ　と表すことができる。したがって，３つの熱化学方程式をたすと，Ｈ_２＋Ｃｌ_２＝２ＨＣｌ＋１８５ｋＪ　となる。
７．（１）　２Ｈ_２（気）＝４Ｈ（気）−４３２×２ｋＪ
　　　 −）Ｃ（黒鉛）＋２Ｈ_２（気）＝ＣＨ_４（気）＋７４．５ｋＪ
　　　　　ＣＨ_４（気）＝Ｃ（黒鉛）＋４Ｈ（気）−４３２×２ｋＪ−７４．５ｋＪ
　　　 ＋）Ｃ（黒鉛）＝Ｃ（気）−７１５ｋＪ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　ＣＨ_４（気）＝Ｃ（気）＋４Ｈ（気）−１６５３．５ｋＪ
　　　　したがって，Ｃ-Ｈ結合の結合エネルギーは１６５３．５÷４＝４１３〔ｋＪ/ｍｏｌ〕である。
　　（２）　ＣＨ_２=ＣＨ_２(気）＋Ｈ_２(気）＝ＣＨ_３-ＣＨ_３（気）＋Ｑ ｋＪ
　　　　　生成物の結合エネルギーの和＝Ｃ-Ｈ結合×６＋Ｃ-Ｃ結合＝４１３×６＋３６８＝２８４６〔ｋＪ/ｍｏｌ〕
　　　　　反応物の結合エネルギーの和＝Ｃ-Ｈ結合×４＋Ｃ=Ｃ結合×１＋Ｈ-Ｈ結合×１＝４１３×４＋５９０＋４３６＝２６７８〔ｋＪ/ｍｏｌ〕
　　　　　Ｑ ＝２８４６−２６７８＝１６８〔ｋＪ/ｍｏｌ〕