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化学反応と熱

この節での特訓内容
1.化学式と化学反応式
2.反応熱と反応熱の種類

この節では化学反応と化学反応が起こったときに発生する熱について特訓する。
化学式や化学反応式は化学変化を理解するための基本であると同時に化学変化を読み取るツール(道具)でもある。
そこに存在する法則などもあわせて理解することによって化学反応の基礎をマスターするのだ。
では特訓開始。


1.化学式と化学反応式

化学式

元素記号を用いて物質の構造を表したもの。

これは「物質の種類」の節で特訓済みなのですぐに理解できるであろう。

例)「H₂」とか「H₂O」などなど。

 

化学反応式

化学式を使って反応する物質を左側、生成される物質を右側に書き矢印で結んだ式を化学反応式という。

例)2H₂ + O₂ → 2H₂O。

水素と酸素が結合すると水になるという化学反応式。

※上の化学反応式の「+」は足算の+ではなく「結合」の記号だ。

以下の図で詳しく説明しよう。
化学反応式

化学反応式:化学式を使って反応する物質を左側、生成される物質を右側に書き矢印で結んだ式を化学反応式という

化学反応式のルール

○化学反応前の物質と変化後の物質の原子数は常に同じになる。

上図の化学反応式では4個の水素原子と2個の酸素原子が化学変化して2つの水分子になるが原子数が変化していないことが分かるであろう。


○化学変化前と変化後での原子数の和が等しいということは当然その質量も同じになる。
 これを「質量保存の法則」という。

 上の化学式の場合、水素分子の質量は1mol当り2g、その分子が2つで4g、酸素分子は1mol当り32gとなり、それが化学変化を起こして36gの水が生成される。


係数と体積の考え方

上図のように、係数とはその分子の数を表すことが分かるであろう。

では係数を理解したら次は体積について考えてみよう。

「物質の種類」の節で特訓したことを思い出すのだ。

気体の体積は1mol(分子単体)当りすべて22.4Lになる。

上図では水素分子が2個あるので22.4L×2で44.8L。

酸素分子は1個で22.4L。

水分子は2個あるので22.4L×2で44.8L。

よって44.8Lの水素分子と22.4Lの酸素分子が結合して44.8Lの水分子が生成されることになる。

※44.8Lの水素分子+22.4Lの酸素分子=67.2Lの水分子ではないぞ。
あくまでも化学変化であり単純足算ではない。

※化学反応式では水分子も気体と考えるのだ。


変な化学反応式

水素と酸素が結合して水になる化学反応式を上図のようにしても良いのではないかと疑問に感じてはいないだろうか。

実はこの化学反応式はNGである。

一般的に化学反応というのは「特性を有する原子・分子」が結合・分離すると理解するのだ。

例1)

O  → 酸素原子であり酸素特性を有していない。
 → 酸素分子であり酸素特性を有する。

例2)

C → 炭素原子単体であるが炭素特性を有している。
C + O → COはC(炭素)が1個だがC(炭素)は1原子でもその特性を有するのでこの化学反応式は成立するのだ。

結論から言うと、単原子(1原子)分子は単体で化学反応式が成立する。

C(単原子分子) + O(2原子分子)→ CO
 一般的に2原子(多原子)分子は原子単体での化学反応式は成立しない。

※化学反応式は奥が深いので興味のある人は化学の専門書を参考にしてより深い知識を習得するがよい。

ここでは危険物取扱者試験で必要なことだけ記載する。


2.反応熱と反応熱の種類

反応熱

一般的に化学変化が起こると熱の出入が発生する。

その出入する熱のことを反応熱という。

反応熱の種類:

燃焼熱
1molの物質が酸素中で完全燃焼するときに発生する熱量。
生成熱
化合物1molを成分元素の単体を直接反応させたときに発生する熱量。
分解熱
1molの物質が分解するときに発生する熱量。
溶解熱
1molの物質が多量の溶媒に溶解するときに発生する熱量。
中和熱
酸と塩基(アルカリ)の中和で1molの塩(えん)と水が生成されるときに発生する熱量。

以上反応熱の種類を挙げたが読み流す程度でよいぞ。


教官から一言
この節では化学反応について特訓したが、化学が苦手な方にとって非常につらい節となったであろう。
化学反応を理解するには原子・分子の構造や原子単体での特性の有無などを理解する必要があり、さらに係数や体積などがからんでくるので非常にややこしい。
しかし一旦理解してしまえばたいしたことはない。
この節ではあくまでも基礎を特訓しているにすぎない。
化学に興味を持った方は危険物取扱者試験に合格後、化学の本格的な特訓を行うがよい。


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本試験要点チェック ~理解度を確認するのだ~

化学反応と熱について、以下の質問(または空欄)に答えよ。答えは問題文をクリック

H₂・H₂Oなど、元素記号を用いて物質の構造を表したものを[ ]式という。

・HOなど、元素記号を用いて物質の構造を表したものを化学式という。

化学式を使って反応する物質を左側、生成される物質を右側に書きやじるしで結んだ式を[ ]式という。

化学反応式という。

※2H+O→2HO、C+O→COなど。

化学反応前の物質と変化後の物質の原子数は常に同じであり、質量も同じになる。この法則を[ ]という。

質量保存の法則という。

2H₂Oなど化学式の先頭に付いている数を[ ]数という。

2HOなど化学式の先頭に付いている数を係数という。

気体の体積は、1mol(分子単体)当りすべて[ ]Lである。

気体の体積は、1mol(分子単体)当りすべて22.4Lである。

※2HO(水蒸気)のの体積は、水(水蒸気)分子が2つあるので22.4L×2で44.8Lとなる。