かなり長いですがごりょうしょうを。
1ページ目
(1) ある炭化水素CnH2nが燃焼する反応式は下の通りである。
2CnH2n+3nO2→2nCO2+2nH2O
この反応式の係数より、CnH2nが1molある時、必要となる酸素の物質量は3n/2molとなる。
(2) 黒鉛と水素の燃焼の熱化学方程式は以下の通り。
C(黒鉛)+O2(気)=CO2(気)+394kJ…①
H2(気)+1/2O2(気体)=H2O(液)+286kJ…②
また、ある炭化水素CnH2nが燃焼する熱化学方程式は下の通りである。
CnH2n(気)+3n/2O2(気)=nCO2(気)+nH2O(液)+1985kJ…③
この①~③を使って問題文の熱化学方程式(これを今後④と呼ぶ)を作る。
まず、④においてCnH2n(気)に注目する。CnH2n(気)は①~③のうち、③にしかない。さらに④ではCnH2n(気)が右辺にあるので③式の左辺右辺を全て入れ替える。
nCO2(気)+nH2O(液)+1985kJ=CnH2n(気)+3n/2O2(気)…⑤
次にC(黒鉛)について。①~③のうち、C(黒鉛)があるのは①のみである。またnC(黒鉛)となっているので、①式をn倍する。
nC(黒鉛)+nO2(気)=nCO2(気)+394nkJ
これと⑤を足し合わせる。
nCO2(気)+nH2O(液)+1985kJ
+nC(黒鉛)+nO2(気)=CnH2n(気)+3n/2O2(気)
+nCO2(気)+394nkJ
整理して
nH2O(液)+nC(黒鉛)=
CnH2n(気)+n/2O2(気)+394nkJ-1985kJ…⑥
次に水素について。②式をn倍して⑥と足し合わせる。
nH2O(液)+nC(黒鉛)+nH2(気)+n/2O2(気)=
CnH2n(気)+n/2O2(気)+394nkJ-1985kJ+nH2O(液)+286nkJ
整理して
nC(黒鉛)+nH2(気)=
CnH2n(気)+680nkJ-1985kJ
これで④式が完成した。今この燃焼熱が+55kJなので
680n-1985=55
よってn=3
2ページ目
(1) C2H2の燃焼熱の熱化学方程式は燃焼熱QkJ/molとすると以下の通り。
C2H2(気)+5/2O2(気)
=2CO2(気)+H2O(液)+QkJ…①
CO2(気)、H2O(液)、、C2H2(気)の生成熱はそれぞれ下のようになる。
C(黒鉛)+O2(気)=CO2(気)+393.5kJ…②
H2(気)+1/2O2(気)=H2O(液)+285.8kJ…③
2C(黒鉛)+H2(気)=C2H2(気)-226.7kJ…④
④の左辺右辺をひっくり返す。
C2H2(気)-226.7kJ=2C(黒鉛)+H2(気)
②式を2倍してこの式と足す。
C2H2(気)-226.7kJ+2C(黒鉛)+2O2(気)
=2C(黒鉛)+H2(気)+2CO2(気)+787kJ
整理して
C2H2(気)+2O2(気)=H2(気)+2CO2(気)+1013.7kJ…⑤
次に⑤と③を足す。
C2H2(気)+2O2(気)+H2(気)+1/2O2(気)=H2(気)+2CO2(気)+1013.7kJ+H2O(液)+285.8kJ
整理して
C2H2(気)+5/2O2(気)=2CO2(気)+H2O(液)+1299.5kJ
よって求める燃焼熱は1299.5kJ
(2) 260mgのアセチレンの物質量は1.00*10^-2[mol] なので今回発生した熱量は1.00*10^-2*1299.5=12.995[kJ]
0℃の氷36.0gに熱を加えるとまずは加えられた熱は全て状態変化のために消費される。(つまり液体の水になるまでは0℃のまま)
0℃における氷の融解熱は6.00kJ/mol
氷36.0gの物質量は36.0/18=2.00[mol]
よって合計2.00*6.00=12.0[kJ/mol]の熱が状態変化のために消費される。
12.995-12.0=0.995[kJ]=995[J]
水の比熱は4.2[J/(g*K)]、つまり1gの水を1℃上昇させるのに4.2J必要なので温度の上昇量をxとすると
4.2*x*36.0=995
よってx=6.58
つまり最初の0℃から6.58℃まで上昇したことになる。よって③が答え。
(自分はちょくちょく打ち間違えをしていることがありますので、何か間違いがあればご指摘下さい。)
