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化学

熱化学方程式における燃焼熱とは？求め方についてもわかりやすく解説

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熱化学方程式 燃焼熱

今回の記事では熱化学方程式における燃焼熱とは何かとか
燃焼熱の求め方などについてわかりやすく解説していきたいと思います。

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燃焼熱の求め方（熱化学方程式の問題を使って）

燃焼熱

以下の問題を解きながら燃焼熱の理解を深めていきましょう。

問題

次のものは生成熱(KJ/mol)とします。
二酸化炭素（$CO_2 $）が394
水（$H_2O $）が286
メタン（$CH_4 $）が75

以上を前提に
メタン（$CH_4 $）が75の燃焼熱を求めてみましょう。

あわせて読みたい

生成熱、燃焼熱についてはこちらの記事で詳しく解説しています。
・生成熱の定義をわかりやすく解説
・燃焼熱と生成熱の違いを熱化学方程式を使いながらわかりやすく解説

熱化学方程式全般の考え方についてはこちらをご覧ください。
・熱化学方程式を裏技で圧倒的に簡単に解く方法をコッソリ紹介！
・熱化学方程式を加減法で解く方法（解き方）

では問題を解きながら燃焼熱の理解を深めていきましょう。

まず問題文から$CH_4 $の$C $（炭素）を完全燃焼させますね。

「どうして完全燃焼？」って思った方もいるかもしれませんね。
燃焼熱とは物質が『完全燃焼』したときの熱のことです。

だから$CH_4 $（メタン）の燃焼熱を求めるということは
$CH_4 $（メタン）を完全燃焼させるという意味に変換することができます。

これって「三角形の面積を求めよ」って言われたら
「三角形の面積＝底辺×高さ÷２」という公式から
底辺や高さがどこに該当するのか探すのと似ていませんか？

三角形の面積を底辺や高さという言葉に変換していますよね。
もし三角形の面積の公式を知らないなら、
「三角形の面積っていくら？」みたいないかにも公式を知らない人の発言になってしまうことでしょう。

こんな感じで『燃焼熱』とは何か？定義を知っておかないと
足元をすくわれてしまうわけですね。

話を元に戻しますね。

$CH_4 $（メタン）を完全燃焼させると二酸化炭素$CO_2 $ができます。
もし不完全燃焼だと一酸化炭素$CO $ができます。

なので、今回の問題では$CO_2 $ができますね。
このように燃焼熱＝完全燃焼を知っておくことと
$CH_4 $（メタン）のC（炭素）を完全燃焼させると$CO_2 $で、不完全燃焼だと$CO $
ということをセットで覚えておくと燃焼熱問題が得意になっていくと思います。

では$CH_4 $（メタン）の水素Hを燃やしたらどうなるでしょう？
これも覚えておいて欲しいのですが、$H_2O $ができますよ。

計算もミスって欲しくないですが、$CH_4 $のHは4つあって
できる$H_2O $のHは2つですから、
できあがる$H_2O $は2つですね（$2H_2O $ということ）。
でないと水素Hの数が合いませんから。

ここまでの情報を盛り込むと

$CH_4 $＝$CO_2 $＋$2H_2O $

となります。

あと最後に完全燃焼させるには酸素が必須なので
酸素$O_2 $の数を左辺に書きましょう。
帳尻を合わせるように$O_2 $の数を決めましょう。

右辺の酸素数は$CO_2 $が2個で$2H_2O $は2個なので
合計4つですね。

ということは$2O_2 $ですね。

それから今回の問題は燃焼熱を求めるわけですから、
求める燃焼熱をQKJとしましょう。

ということで

$CH_4 $＋$2O_2 $＝$CO_2 $＋$2H_2O $＋QKJ

という式が完成しました。

こんな感じで日本語で問題文が書かれていても
しっかりと式を作ることから始めましょう。

もう1回問題文を書きますよ。

問題

次のものは生成熱(KJ/mol)とします。
二酸化炭素（$CO_2 $）が394
水（$H_2O $）が286
メタン（$CH_4 $）が75

以上を前提に
メタン（$CH_4 $）が75の燃焼熱を求めてみましょう。

でしたね。

生成熱を作りましょうか。
二酸化炭素（$CO_2 $）がの生成熱が394KJ/molですから、

C(黒鉛）＋$O_2 $＝$CO_2 $＋394KJ

ですね。

生成熱は『単体』からですからね。

あわせて読みたい

単体について知りたい方はこちらをご覧ください。
・単体と化合物の例と単体・純物質・混合物の違いをわかりやすく解説

生成熱、燃焼熱についてはこちらの記事で詳しく解説しています。
・生成熱の定義をわかりやすく解説
・燃焼熱と生成熱の違いを熱化学方程式を使いながらわかりやすく解説

ちなみに生成熱が394KJ/molと/molがついてるのに
熱化学方程式は394KJとなっていて/molがついていませんね。

これは熱化学方程式は1molでできているからです。
もし熱化学方程式が2molだったら394×2＝788KJとなります。

よく間違えるところなので注意してくださいね。

同様に問題文から『水（$H_2O $）の生成熱が286KJ/mol』なので
単体から作っていきましょう。

$H_2 $＋$\frac{1}{2} $$O_2 $＝$H_2O $＋286KJ

$H_2 $＋$\frac{1}{2} $$O_2 $の単体から作っていますから
生成熱の定義に当てはまってますね。

それからさっきもいいましたが
$H_2O $1molあたり286KJですからね。
もし$2H_2O $なら2molなので286×2＝572KJ
となりますからね。
ご注意ください。

最後にメタン（$CH_4 $）も作っていきましょう。
$CH_4 $の生成熱を式で表してみると、、、

$C $（黒鉛）＋$2H_2 $＝$CH_4 $＋75KJ

これも単体からできていますから生成熱ですね。

ここまで作った式を足したり引いたりして
組み合わせていきます。

C(黒鉛）＋$O_2 $＝$CO_2 $＋394KJ
$H_2 $＋$\frac{1}{2} $$O_2 $＝$H_2O $＋286KJ
$C $（黒鉛）＋$2H_2 $＝$CH_4 $＋75KJ

上記3つの式から
$CH_4 $＋$2O_2 $＝$CO_2 $＋$2H_2O $＋QKJ
のQKJを求めていきます。

詳しい解き方はこちらで解説しています。
⇒熱化学方程式を加減法で解く方法（解き方）

Q＝394＋286×2ー75＝891
となります。

求める$CH_4 $の係数は１なので、891KJとなります。

以上で燃焼熱の求め方についての解説を終わります。

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