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危険物取扱者試験 乙4の過去問 | 予想問題 乙4 問122

問題

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黒鉛、水素、メタン各1molあたりの燃焼熱は、それぞれ394KJ
、286KJ、891KJである。
これらから、次の反応の反応熱(KJ)を求めよ。

C(黒鉛)+2H2 → CH4(気体)


   1 .
 60 KJ
   2 .
 65 KJ
   3 .
 70 KJ
   4 .
 75 KJ
   5 .
 80 KJ
( 危険物 乙4の過去問/予想問題 問122 )

この過去問の解説 (4件)

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84
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Cと2H2の燃焼熱の合計と,
メタン(CH4)の燃焼熱との差を求めればよいです。

問題文を整理すると
CH4からは891kJ
Cからは394kJ
H2からは286kJの燃焼熱が発生することが分かります。

394+286×2-891=75

より4番が正解です。
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13
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燃焼熱とは、
物質1mol が燃焼するときに発生する熱のことです。

黒鉛、水素、メタン、それぞれが燃焼するときの
熱化学方程式は次のようになります。

【黒鉛】
C + O2 = CO2 + 394 kJ ・・・①

【水素】
H2 + 1/2 O2 = H2O  + 286 kJ ・・・②

【メタン】
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 891 kJ ・・・③

燃焼とは、酸素と反応することなので、
熱化学方程式は 酸素O2 を足す形になります。

また、燃焼する物質の係数を1とするので、
方程式の中で、係数が分数になる部分も出てきます。

---

問題文の反応式は、メタンCH4 の生成を表したものです。

C + 2H2 = CH4 + ○○kJ

熱化学方程式の○○の部分、
メタンの生成熱は 何kJ になるのか を求める問題です。

これは、黒鉛、水素、メタンの燃焼熱の式、①②③から求めることができます。

(①式): C + O2 = CO2 + 394
(2×②式): 2H2 + O2 = 2H2O  + 2×286
→ この2つの式を足すと次のようになります。(これを④式とします)

C + 2H2 +2O2 = CO2 +2H2O + 966 ・・・④

(④式): C + 2H2 +2O2 = CO2 +2H2O + 966
(③式): CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 891 kJ
→④式から③式を引くと次のようになります。

C + 2H2 - CH4 = 966-891

CH4 を右辺に移すと次のようになります。
C + 2H2 = CH4 + 75

よって、求める反応熱(メタンの生成熱)は、75kJ です。
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評価する
12
評価しない
(1) C + O2 → CO2 + 394 kJ
(2) H2 + 1/2O2 → H2O + 286 KJ
(3) CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + 891 KJ

(1)+2×(2)より
C+2H2+2O2 → CO2 + 2H2O + 966 KJ

両辺から(3)式を引くと、

C+2H2-CH4 → 75 KJ

したがって、
C+2H2 → CH4 + 75KJ
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11
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問題文の条件を熱化学方程式の形であらわします。
①. C + O2 → CO2 + 394 kJ
②. H2+ 1/2O2 → H2O + 286 kJ
③. CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + 891 kJ

*燃焼物の係数を1に統一するので、一部分数の係数がでてきます。
*発熱反応の符号は正、吸熱反応の符号は負です。

問題の化学反応について
C + 2H2 → CH4

ここで、(左辺)→(右辺)へ直接反応するのではなく、間に経由する状態を考える。
ヘスの法則より、経由の有無に反応熱は関係しない。

C + 2H2 → CO2 + 2H2O → CH4

1段階目の反応は反応①と反応②(の2倍)の和
2段階目の反応は反応③の逆反応であることが分かる。

従って、反応熱は
① + 2×② - ③
394 kJ + 2 × 286 kJ - 891 kJ = 75 kJ 【答】
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