自作問題の解答と解説（たまに科学に関するブログ）

基本的に自作問題の解答と解説を投稿し、たまに、科学に関するようなブログを投稿します。

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化学　問題No.４の解答＆解説

化学

　※ここは私がツイッターにて出した問題の回答を公開している場所です。まだ問題解いてないよ～っていう人は私のツイッターをご覧ください
私のアカウント→https://twitter.com/bot75098033

 

　今回の問題は、熱エネルギーの問題の中では、一応応用問題ですが、応用問題の中で基礎的な問題となっていると思います。しかし、私が高校生の時には一定数の方が出来ていなかったので、問題として出しました。また、この問題はセンターレベルとなっています。（共通テストにはでていませんが、難易度はあまり変わってないので、出る可能性はあると思います。）

 では解説する前に、解答と問題を公開します。

解答

 

　という問題でしたね。そして答えは

75.0kJ　発熱反応

となります。

解説

　では解説していきます。今回の問題は、測定値の最小桁数が3桁です。なので、有効数字は3桁となり、答える時も3桁ではないといけません。

　

　まず、冒頭でも話しましたが今回の問題は応用問題の中でも基礎的な問題です。その理由は２つあります。それがこちらです。

  1. 今回の問題は本当に基礎的な部分を問いているから
  2. 今回の問題には複雑な思考や複雑な計算ではないから

　つまり何が言いたいかって言いますと、ちゃんと基礎を理解していれば出来る問題なので、その基礎的なことを理解していれば、難しくとらえる必要はないってことです。なんならまだ習ってない中学生でも出来るような問題だと思います。

　また、反応式に書いてあるｓ、ｌ、ｇはそれぞれ固体(solid)、液体(liquid)、気体(gas)となります。

　

　では本題に入ります。今回求めるべき問題は固体の炭素と気体の水素が反応してメタンになる反応の熱量を先に求める必要があります。ではないと、発熱反応と吸熱反応のどっちなのかが、調べない限り見分けがつきませんから。（ｇ）

　文章のままでは、既存の三つの式から求めたい熱量を求めることが難しいため、求めたい部分をＱ(kJ)として、式にしましょう。

　反応物が固体（ｓ）の炭素と気体（ｇ）の水素で、生成物がメタンですね。また、反応物＝生成物＋熱量（QkJとする）なので

C(s)+2H2（ｇ）＝CH4+QkJ

 となります。

 

　求めたい熱量が、含む化学反応式が出来たので、既存の三つの式からその式と同じになるようにします。ではどのようにするのでしょうか...正解は連立方程式を解くように化学式からいらない部分を消せば上の式のようになりますし、熱量もわかります。

　

　結果図ー１のようになりました。

f:id:science_mondaibot5325:20210526000502p:plain

図ー１

　となります。また、有効数字は3桁なので、57.0kJとなります。

 

　また、この値は正の値なので、熱をメタンが出来たときに放出していることになります。よって、発熱反応となります。

 

わかりましたでしょうか。もしこれでもわからない場合はDMにて聞いてください（リプライや問い合わせでもいいですが、直接返答出来るわけではありません。更新してお伝えします。）。それでは！

 

コラム

　エネルギーといえば、いろんなところにありますが、具体的に何を思い浮かべますか？電気？熱？それとも、運動？

　人によっては、色々思いつくなか、カロリーっていう言葉が出てくると思います。そのカロリーについての話をそのうちしますが、ここでも少しだけ、話します。

　

　今回の問題ではkJ、つまり、熱量を単位としてエネルギーを扱っていました。では1kcalは何kJなんでしょうか？　正解は、約4.1８kJです。

　なので、熱量からカロリーを知ることが出来ます。例えば、418kJの発熱があったっということは、100kcalの消費があったということになります。また、逆に消費カロリー量から熱量を知ることもできます。例えば、理論上10kcalの消費があったとして、その時出てきたエネルギ―が熱エネルギーであれば、41.8kJの発熱があったということになります。

　正直、こういうのは研究による本格的なカロリー計算をするような人ではない限り、あまり意味ありませんが、意外とこういうのは面白いかもしれません。特に、消費カロリー量から熱量を知る方法に関しては、エネルギーを発熱としたとき、水の比熱から、どのぐらいの水がどのくらい温度上がるのかと言うのを考えるなどすれば、軽い暇つぶしにもなりますし、小数点を多く含みますので、少し難しいかもしれませんが、計算練習にもなりますので、やってみてはいかがですか？それこそ、軽くカロリー消費が出来るかもしれませんね。