名階可岳の化学授業（理論）

ヘスの法則

「苦手な人多いよねえ。だけど、順序立てて覚えて行けば怖くない。『代入法』が分からないという人のためにも、連立方程式で式を組み立てるやり方を教えるからね。」

①まずは「ヘスの法則」とはなにか？

　できる前と後の物質が一緒なら、途中どんな物質に変わろうとも、発生（あるいは吸収）するエネルギーは同じである。

　つまり、C（炭素）＋O₂（気体）＝CO₂（気体）＋１００ｋJ

という式があったとする。（わかりやすくなるように、熱量はキリのいい数字にしてます。）

　そうすると、C（炭素）＋O₂（気体）→CO（気体）＋５０ｋJ→CO₂（気体）＋５０ｋJ

となり、「どちらも合計は１００ｋJ」ということになる。

　これが「ヘスの法則」だ。

　経路がかわっても、方法が変わっても、できる前と後での物質が一緒なら、発生するエネルギーの総量は一緒だ。

②次に、熱化学方程式の書き方

　注意！普通の化学反応式とは違います。

　これは「熱化学方程式」と呼ばれる別物で、もしも同じように書こうものならバツが付きます。

・矢印（→）ではなく、イコール（＝）を使います。

・主成分の係数を「１」にするため、中途半端な分数が出てくることがある。

　たとえば、1/２O₂とか、1/２N₂とか。

・状態を()つきで書く。気体の場合は(気)。個体の場合、（固）とか。

・水に溶かすときには「＋aq.」と書く。

　水に溶かした塩NaClは例えば、「NaCl aq.」。

③横線のたくさん入った「エネルギー図」がでてくる。

　このエネルギー図は、エネルギーの上下関係を表している。

　上に行くほどたくさんエネルギーを持っていて、下に行くほど少ない。

　だから、熱を発散して持ちエネルギーが少なくなるほど下に行き、熱を吸収して持ちエネルギーが多くなるほど上に行く。原子の状態は基本一番持ちエネルギーが多く、分子になったり、さらに化合物になったりするほど、持ちエネルギーは少なくて済む。だから下の方に行く。

(人間もそうだけど、孤独なほど生きるのにたくさんエネルギーが必要だという事だな。)

④次に用語の紹介。「～エネルギー」の名前を覚えよう。

これが区別できていないと熱化学方程式が書けない。そして熱化学方程式が書けないという事は、「ヘスの法則」を利用した熱量の問題が解けないという事になる。

このエネルギー、語句の意味からして問われます。ちゃんとおぼえること！

・生成熱＝最も安定な単体(分子)→物質１ｍol

・燃焼熱＝１㏖が燃える時に発生するエネルギー。もちろんO₂との結合です。

・溶解熱＝水(溶媒)に溶かす。

・中和熱＝水１molができる酸と塩基。

・結合エネルギー＝Cl- Clなら、気体状態で、Cl１個につき１個これがある、という事になります。H₂Oなら、H－Oの結合が、2つある。

ここから下はややマイナー

・イオン化エネルギー＝吸熱　陽イオンになる。エネルギー多くなる。

・電子親和力＝発熱　陰イオンになる。エネルギーは少なくなる。

＊e-(電子)を持つと、エネルギー段階は下がる。取られると上がる。

・水和熱＝気体１㏖が水に水和。

・蒸発熱＝蒸発した時の吸収エネルギー。

・凝縮熱＝凝縮の発生エネルギー。

・融解熱＝融解に必要なエネルギー。

・凝固熱＝凝固の時の発生エネルギー。

⑤そしていよいよ式を連立させて解く方法。

Q：メタンの燃焼熱を求める。

手掛かり：メタンの生成熱は１００ｋJだ。

　　　　　二酸化炭素の生成熱は４００ｋJだ。

　　　　　水の生成熱は２００ｋJだ。

それではこれでどうやって解くのか？

まずは手掛かりから式を書きます。どちらも生成熱なので、最も安定した物質からできる１㏖できる時の式にする。

・C(黒鉛)＋２H₂＝CH₄＋１００ｋJ（A）

・C(黒鉛)＋O₂＝CO₂＋４００ｋJ（B）

・H₂＋１/２O₂＝H₂O(液)＋２００ｋJ（C）

はい。手掛かり完成です。

つぎに、作りたい式を立てる。

CH₄＋２O₂＝CO₂＋２H₂O(液)＋QｋJ（D）

この「Q」が知りたい熱量です。

この式を作るには、Aを左辺右辺を逆にしないといけません。

CH₄＋１００ｋJ ＝C(黒鉛)＋２H₂（A１）

でもこれだと熱量が左辺に来るので、移行して右辺に持ってきます。

CH₄＝C(黒鉛)＋２H₂―１００ｋJ（A２）

はい、これでOKです。

あとは、作りたいDの式に係数を合わせて、順次足していくだけ。

そうすれば、左辺右辺で同じものが消えて、作りたい式ができます。

A２＋B＋２×C

＝CH₄＋C(黒鉛)＋O₂＋H₂＋１/２O₂＝C(黒鉛)＋２H₂－１００ｋJ＋CO₂＋４００ｋJ ＋H₂O(液)＋２００ｋJ

左辺と右辺で同じものを消すと、

CH₄＋２O₂＝CO₂＋２H₂O(液)＋QｋJ

はい、みごとDの式ができました。

だから、Qも求まります。

Q＝A２＋B＋２×C

＝－１００＋４００＋２×２００＝７００ｋJ

Qは７００ｋJだという事がすぐに分かります。

結合エネルギーでも、中和でも、燃焼でも何でも、こうやって「作りたい式に合わせる」方式で解けます。

　単純に「作りたい式と同じ物質が同じ側にあればプラス、違う側にあればマイナス、そして係数は合わせる」という方法でも、慣れてくるとやれます。