１２．１　標準生成熱 から標準反応熱ΔＨ ﾟ_r を推算する

　次式により反応中の各物質の標準生成熱データがあれば，どんな反 応でもその標準状態における反応熱が推算できる。

【例題１２．１】
下の生成熱のデータより反応：
　４ＮＨ₃(g)＋５Ｏ₂(g)→４ＮＯ(g)＋６Ｈ₂Ｏ(g)
の標準反応熱を推算する．

【例題１２．１解】
ΔＨ ﾟ_r 　=(4*(90.3)+6*(-241)) - (5*(0)+4*(-46.14))= -900 kJ
これはＮＨ₃ 4 mol 当たりの値なので， ＮＨ₃　1 molあたりの反 応（ＮＨ₃(g)＋(5/4)Ｏ₂(g)）では，
　　　　　　ΔＨ ﾟ_r 　= -225 kJ (発熱)

【例題１２．２】メタノールは水素と一酸化炭素または二酸化炭素の反応で合成される．その反応と反応熱は以下のようである．

合成されたメタノールを原料として次の反応:

により酢酸が合成され，次の反応:

によりホルムアルデヒドが生成する．

である．（酸素および水素の生成熱は0．）メタノール，一酸化炭素，二酸化炭素，水(H₂O(g))の生成熱[kJ/mol]を求めよ．（私が作った入試問題）

【解】メタノール，一酸化炭素，二酸化炭素，水(H₂O(g))の生成熱を各々a, b, c, d とすると、

である。この連立方程式を解いて、a = -201, b = -111, c = -393, d = -241。

１２．２　標準燃焼熱　

　標準生成熱はすべての反応熱が計算できる基準であるが，我々が 実際に測定できるのは標準燃焼熱である。標準燃焼熱は酸素との反 応により測定される．標準生成熱は標準燃焼熱からHessの法則を用 いて推算されたものである。

Bomb Calorimeter, material burned in excess oxygen, heat of combustin measured by temperature change of surrounding water

　燃焼熱を測定する方法：　図のような熱量計中で試料を加圧酸素 で燃やして室温に戻ってから発生熱量を測定する．燃焼による発熱 量が燃焼熱　(Heat of combustion)である．
　この測定方法に基ずく標準燃焼熱の規約
（ａ）炭素はすべてＣＯ₂(g),水素はすべてＨ₂Ｏ(l )．他の元素も指定
（ｂ）基準は標準状態２５℃，１気圧
　総発熱量：Ｈ₂Ｏは(l )，　真発熱量：Ｈ₂Ｏは(g) （実用上は水蒸気の潜熱は利用できない）

【例題１２．３】　燃焼熱からの生成熱の推算

【例題１２．４】
ﾒﾀﾝＣＨ₄の標準生成熱および燃焼熱
標準生成熱：元素から化合物が生成する際の反応熱

２*�A+�Bｰ�C　より�@のｴﾝﾀﾙﾋﾟｰ変化がすなわちﾒﾀﾝの標準生成熱
　　 =2×(-285.8)+(-395.5)-(-890.4) = -74.85 kJ/mol
標準燃焼熱すなわち標準反応熱ΔＨ ﾟ_ｒ　：
　上の�Cが標準燃焼熱であるが，これを標準生成熱から逆算すると

（都市ガスの主成分はメタンであるが、この燃焼熱をガスの体積 1m³(44.6 mol)当りに換算すると、
（メタンの燃焼で発生する熱量）=890.4 kJ/mol =39,750 kJ/m³ = 9,510 kcal/m³=9.5 Mcal/m³
（プロパンの燃焼で発生する熱量）=2058 kJ/mol =91,875 kJ/m³ = 22,000 kcal/m³=22 Mcal/m³
となる。

ガス器具に｢12A, 13A用｣などと書かれているように、都市ガスは4A〜13Aまでの種類で分類されているが、数字はおよそMcal/m³単位での燃焼熱をあらわす。小さいガスストーブの13Aガスの流量（消費量）が　0.23 m³/hとした場合、発生熱量は3,000 kcal/h=3.5 kW。）

【例題１２．５】　燃焼熱からの生成熱の計算

【例題１２．６】(燃焼熱から反応熱を求める)（水素製造用改質炉）

メタンから水素を作る反応はメタンの燃焼熱を利用しておこなわれている。原料メタンと燃焼メタンの割合は?

The reaction of hydrogen generate from methane is driven by the combustion energy of methane. Estimate the ratio of raw methane to burned methane.

【解】

メタンと水蒸気から水素を生成する反応の反応熱を求める.
Estimate the heat of reacton

CH₄+H₂O(g ) →CO+3H₂ ΔH_r =?

測定可能なメタンの燃焼熱は
heat of combustion for methane (measurable)

CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O(l ) ΔH_r =-890.4 kJ (1)
この反応に関係した成分の燃焼熱,蒸発熱もまた測定可能である。

水素の燃焼

H₂+(1/2)O₂→H₂O(l ) ΔH_r =-285.8 kJ (2)

COの燃焼

CO+(1/2)O₂→CO₂ ΔH_r =-283.0 kJ (3)

水の蒸発

H₂O(l )→H₂O(g ) ΔH_r =+44.0 kJ   (4)

これらから水素生成反応を作るには (1)-3×(2)-(3)-(4) である。反応熱の項についてこの計算をおこなって、水素生成反応のΔH^r =+206 kJ(吸熱反応)となる。これは(1)の反応熱0.23 mol分である。

よって原料メタン1 molにつき0.23 molのメタンの燃焼が必要である。
(以上は標準状態(25℃)での理論計算。実際は反応管を1000℃に維持しなくてはならない。)

１２．３　　実際の温度での反応熱

温度Ｔにおける反応熱：

【例題１２．７】　
次の反応の実際の反応温度773Kでの反応熱を求める

よって標準反応熱はΔＨﾟ_r= -165.0kJ

なお，標準温度−反応温度間の平均熱容量Ｃ_pｍ が与えられて いれば，


で求められる．

�J�Kエネルギー収支�U，�Vのまとめ

　必修事項26 生成熱，燃焼熱，反応熱の定義
　必修事項27　反応の組み合わせによる反応熱の計算（演習レポー
ト�J�K）

【演習レポート�K】　標準生成熱と反応熱　　
指定の反応について量論係数を決めて反応式を書き，下表の生成 熱データ 　[kJ/mol] を用いて標準反応熱ΔＨ ﾟ_r を計算しなさい。 この反応は発熱反応 か吸熱反応か？（各反応で量論係数が１の成分についても1molを乗 じていることになるので単位が[kJ]となることに注意）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
�@メタンから水素を作る反応
　（反応物）ＣＨ₄(g)とＨ₂Ｏ(g)　　 （生成物）ＣＯ(g)とＨ₂(g)
�AＣＯ→ＣＯ₂
　　　　ＣＯ(g)とＨ₂Ｏ(g)　　　ＣＯ₂(g)とＨ₂(g)
�BＣＯ₂→ＣＯ
　　　ＣＯ₂(g)とＨ₂(g)　　　ＣＯ(g)とＨ₂Ｏ(g)
�Cメタノール合成反応
　　　ＣＯ₂(g)とＨ₂(g)　　　ＣＨ₃ＯＨ(g)とＨ₂Ｏ(g)
�Dナフサ（ヘプタン）から水素
　　　Ｃ₇Ｈ₁₆(g)とＨ₂Ｏ(g)　　　Ｈ₂(g)とＣＯ(g)
�Eホルムアルデヒド合成
　　　ＣＨ₃ＯＨ(g)とＯ₂　　　ＨＣＨＯとＨ₂Ｏ(g)
�Fガソリン（ヘキサン）の燃焼
　　　Ｃ₆Ｈ₁₄(g)とＯ₂(g)　　　ＣＯ₂(g)とＨ₂Ｏ(g)
�GClaus反応
　　　Ｈ₂Ｓ(g)とＯ₂(g)　　　Ｓ(s)とＨ₂Ｏ(g)