与えられた反応 $H_2(g) + 0.5O_2(g) \rightarrow H_2O(l)$ について、 (1) 標準反応エントロピー、(2) 標準反応エンタルピー、(3) 標準反応ギブスエネルギーを、巻末の熱力学データと問題文中の条件(温度25℃)を用いて求める問題です。

応用数学熱力学化学反応エントロピーエンタルピーギブスエネルギー
2025/5/25

1. 問題の内容

与えられた反応 H2(g)+0.5O2(g)H2O(l)H_2(g) + 0.5O_2(g) \rightarrow H_2O(l) について、
(1) 標準反応エントロピー、(2) 標準反応エンタルピー、(3) 標準反応ギブスエネルギーを、巻末の熱力学データと問題文中の条件(温度25℃)を用いて求める問題です。

2. 解き方の手順

この問題は巻末の熱力学データを利用する必要がありますが、ここではデータが提供されていないため、一般的な熱力学データを参照して解答します。
標準状態(25℃、1 atm)における各物質の熱力学データを以下のように仮定します。
* H2O(l)H_2O(l): ΔHf=285.83kJ/mol\Delta H_f^\circ = -285.83 \, \text{kJ/mol}, S=69.91J/(mol⋅K)S^\circ = 69.91 \, \text{J/(mol⋅K)}
* H2(g)H_2(g): ΔHf=0kJ/mol\Delta H_f^\circ = 0 \, \text{kJ/mol}, S=130.68J/(mol⋅K)S^\circ = 130.68 \, \text{J/(mol⋅K)}
* O2(g)O_2(g): ΔHf=0kJ/mol\Delta H_f^\circ = 0 \, \text{kJ/mol}, S=205.14J/(mol⋅K)S^\circ = 205.14 \, \text{J/(mol⋅K)}
(1) 標準反応エントロピー (ΔS\Delta S^\circ) の計算
ΔS=S(生成物)S(反応物)\Delta S^\circ = \sum S^\circ(\text{生成物}) - \sum S^\circ(\text{反応物})
ΔS=S(H2O(l))[S(H2(g))+0.5×S(O2(g))]\Delta S^\circ = S^\circ(H_2O(l)) - [S^\circ(H_2(g)) + 0.5 \times S^\circ(O_2(g))]
ΔS=69.91[130.68+0.5×205.14]\Delta S^\circ = 69.91 - [130.68 + 0.5 \times 205.14]
ΔS=69.91[130.68+102.57]\Delta S^\circ = 69.91 - [130.68 + 102.57]
ΔS=69.91233.25\Delta S^\circ = 69.91 - 233.25
ΔS=163.34J/(mol⋅K)\Delta S^\circ = -163.34 \, \text{J/(mol⋅K)}
(2) 標準反応エンタルピー (ΔH\Delta H^\circ) の計算
ΔH=ΔHf(生成物)ΔHf(反応物)\Delta H^\circ = \sum \Delta H_f^\circ(\text{生成物}) - \sum \Delta H_f^\circ(\text{反応物})
ΔH=ΔHf(H2O(l))[ΔHf(H2(g))+0.5×ΔHf(O2(g))]\Delta H^\circ = \Delta H_f^\circ(H_2O(l)) - [\Delta H_f^\circ(H_2(g)) + 0.5 \times \Delta H_f^\circ(O_2(g))]
ΔH=285.83[0+0.5×0]\Delta H^\circ = -285.83 - [0 + 0.5 \times 0]
ΔH=285.83kJ/mol\Delta H^\circ = -285.83 \, \text{kJ/mol}
(3) 標準反応ギブスエネルギー (ΔG\Delta G^\circ) の計算
ΔG=ΔHTΔS\Delta G^\circ = \Delta H^\circ - T\Delta S^\circ
温度 T は 25℃ = 298.15 K
ΔG=285.83kJ/mol298.15K×(163.34J/(mol⋅K))\Delta G^\circ = -285.83 \, \text{kJ/mol} - 298.15 \, \text{K} \times (-163.34 \, \text{J/(mol⋅K)})
ΔG=285.83kJ/mol298.15K×(0.16334kJ/(mol⋅K))\Delta G^\circ = -285.83 \, \text{kJ/mol} - 298.15 \, \text{K} \times (-0.16334 \, \text{kJ/(mol⋅K)})
ΔG=285.83+48.70\Delta G^\circ = -285.83 + 48.70
ΔG=237.13kJ/mol\Delta G^\circ = -237.13 \, \text{kJ/mol}

3. 最終的な答え

(1) 標準反応エントロピー: -163.34 J/(mol⋅K)
(2) 標準反応エンタルピー: -285.83 kJ/mol
(3) 標準反応ギブスエネルギー: -237.13 kJ/mol

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