['07-1-4a]【4】は、主に物理化学(今回は、化学熱力学)に関する問題です。化学グランプリの問題は、きちんと読めば、大部分は解けるはずなので、まずは問1まで問題を読んでみて下さい。次の文章を読み,以下の問1〜問9に答えなさい。解答の数値については指定したもの以外有効数字4桁まで求めなさい。電卓を使って問題が解けるので、計算が苦手な人でも安心です!各設問で同じようなことを書いてますが、あまり気にしないように。(笑)炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)は重曹とも呼ばれ,パンや菓子を作るときに用いられるベーキングパウダーの主成分である。炭酸水素ナトリウムは常温では固体であるが,加熱すると次のような反応で分解し,最終的には炭酸ナトリウム,水および二酸化炭素を生成する。(1)この反応は吸熱反応であり,298Kにおける熱化学方程式は次の通りである。(2)反応熱は化学結合の組み替えに伴って放出または吸収されるエネルギーであり,化学反応は物質のエネルギーが減る方向,すなわち発熱する方向に自発的に進みやすいと考えられる。実際には吸熱反応であっても自発的に進む反応はあり,反応の自発性は反応熱のみから判断することは一般にできない。化学熱力学では反応熱を反応のエンタルピー変化で表す。1bar(1000hPa)の状態のことをいい,温度は指定されない。)における生成系(右辺)と反応系(左辺)のエンタルピーの差を標準反応エンタルピー(ΔHr°)と呼ぶ。反応エンタルピーを特に標準生成エンタルピーと呼び,ΔHf°で表す。反応(1)に対しては(3)式のように書ける。反応の自発性を判断するためには物質の集合状態の乱雑さを表すエントロピーという量を考える必要がある。一般に状態の変化は乱雑になる方向に進みやすく,そのときエントロピーは増大する。標準反応エントロピーは,ある温度での標準状態における生成系と反応系のエントロピーの差であり,ΔSr°で表される。反応(1)に対しては,(4)式のように計算することができる。となり,生成系のエントロピーの方が反応系よりも大きいことがわかる。ΔGrを次の(5)式のように定義した。ΔGr°を定義することができる。すると次のようになる。(6)この関係を用いれば,与えられた反応が平衡状態でどのような組成となるかを知ることができる。おける標準反応ギブズエネルギーの値を計算しなさい。TΔSrですから、この式に値を代入していくだけです。°が付いていませんが、「それはおそらく“標準(状態)”の意である」と文章から判断できるでしょう。(電卓で)計算すれば答えが出てきます。なる温度を求めなさい。標準反応エンタルピーおよび標準反応エントロピーの温度依存性は無視できるとする。今度は(6)を利用します。?分からない人は、数IIの教科書で復習してください。なる温度を求めるのですから、409.7K以上という答えじゃないとおかしいですよね。logKのグラフは、単調増加するので、logKが最小値をとるとき、Tは最小値をとる。409.7(K)ちょっと数学的に問題がある方法かな?まあ、答えが出ればいいんですけどね。溶解平衡は次式で表される。値を計算し,溶解度の大きな順に並べ替えなさい。5.7058あとは、表の値を代入していくだけです。大きいほど、溶解度は大きくなるのか、小さくなるのか、ということです。厄介な問題なので、グラフを使って考えてみましょう。値が大きいということは、右向きの反応速度が大きい、つまり溶解しやすいということになります。値は小さい方が溶解しやすいのです。関係と同じというわけですね。