危険物取扱者試験 乙4の過去問 | 予想問題 乙4 問122

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。

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。

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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。

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】

（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