19-38 反応エンタルピー

表19.2の \Delta_{\rm f}H^\circ のデータを用いて、次の反応の \Delta_{\rm r}H を計算せよ。

(a) \rm C_2H_4(g) + H_2O(l) \to C_2H_5OH(l)

(b) \rm CH_4(g) + 4 Cl_2(g) \to CCl_4(l) + 4 HCl(g)

それぞれについて、反応が吸熱的か発熱的かを述べよ。

この問題、答えの単位が kJ となっているので、
\Delta_{\rm r}H^\circを求めよ、ではなく、
\Delta_{\rm r}Hを求めよ、だと思われます。

\Delta_{\rm r}Hは反応のエンタルピー変化で、反応物のモル数に依存します。
多くの場合、反応式の係数に合わせ、上の(b)だと、
CH4 1 mol と Cl2 4 mol が反応して CCl4 1 mol と HCl 4 mol が生成するとき
のエンタルピー変化のことを指します。この問題ではこれを求めてください。
単位は kJ となります。

\Delta_{\rm r}H^\circは標準反応エンタルピーで、反応式中でどれかひとつ試薬を指定し、それが 1 mol 関与するときのエンタルピー変化、と定義されています。
単位は kJ mol−1 となります。
反応式中の係数が 1 の試薬を指定すると(上の例だと CCl4 や CH4 )、\Delta_{\rm r}Hと同じ値となります。

なお、すべての反応物生成物は標準状態であるとします。

(参照)

  • \Delta_{\rm f}H^\circ は標準生成エンタルピー、\Delta_{\rm r}H^\circ は標準反応エンタルピー。
  • 物質名(化学式)の後ろの(s)は固体状態を、(l)は液体状態を、(g)は気体状態を示す。
    (\Delta_{\rm f}H^\circ は物質の状態(相)が異なると、違う値になる。)
  • 単体(上の例だと塩素 Cl)はふつう標準生成エンタルピーの表には載っていない。
    標準生成エンタルピーは「分子を構成する元素の単体から、その分子 1 mol を生成させる場合の標準反応エンタルピー」と定義されているためである。
    単体(表に示されている温度で通常の物理的状態にあるもの)の標準生成エンタルピーは 0 となる。
表19.2 種々の物質の 25 °C、1 bar のときの標準モル生成エンタルピー\Delta_{\rm f}H^\circ(抜粋)
物質 化学式 \Delta_{\rm f}H^\circ / kJ mol−1
エタノール C2H5OH(l) −277.69
エテン(エチレン) C2H4(g) +52.28
塩化水素 HCl(g) −92.31
テトラクロロエタン
(四塩化炭素)
CCl4(l) −135.44
CCl4(g) −102.9
H2O(l) −285.83
H2O(g) −241.8
メタン CH4(g) −74.81