化学かがく変化へんか と 熱ねつ (発熱はつねつ反応はんのう・吸熱ねつ反応はんのう・鉄てつ の 燃焼ねんしょう)

この 章しょうで 学まなぶこと

Ch3 で 化学かがく変化へんか の 4 パターン を 学がく び ま し た。 こ の 章しょう で は、 化学かがく変化へんか が 起おこし こ る と き に 熱ねつ が 出で た り (発はつ熱ねつ)、 熱ねつ を 吸 っ た り (吸熱ねつ) す る 現げん象しょう に 注ちゅう目もく し ま す。 カ イ ロ や 冷れい却きゃく剤 (ひ や ろ ん の よ う な も の) の し く み を 化学かがく で 説せつ明めい し ま す。

• 発熱反応はつねつはんのう と 吸熱反応きゅうねつはんのう を 区く別べつ で き る
• 鉄てつ の 酸化さんか で 温度おんど が上あが る こ と を 説せつ明めい で き る (使い捨てカイロつかいすてカイロ の しくみ)
• 鉄てつ + 硫い黄おう の 硫化鉄りゅうかてつ生成せいせい が 激げき し く 進すすむ む 理り由ゆう を 言げん え る
• 化学かがく変化へんか と熱ねつ の 出入しゅつにゅう り を エネルギー の 移動いどう と し て 理り解かい で き る
• 反応熱はんのうねつ と 活性化エネルギーかっせいかエネルギー の 概がい念ねん を 知ち る (発はっ展てん)
• 加か熱ねつ・硫化水素りゅうかすいそ ガス・発はっ火か注ちゅう意い の 安全あんぜん ル ー ル を 守まもり れ る

ポイント: 化学かがく変化へんか は 「物質ぶっしつ が 変へん わ る だ け」 で は な く、 「エネルギー (熱ねつ・光ひかり) も出で入で入いり す る」。 こ の 章しょう で は エネルギー の 視し点てん か ら 化学かがく変化へんか を 見み直ただし し ま す。

1. 発熱はつねつ反応はんのう と 吸熱ねつ反応はんのう

発熱はつねつ反応はんのう と は

化学かがく変化へんか の 結けっ果か、 周しゅう り に 熱ねつ を 出で す 反応はんのう を 発熱反応はつねつはんのう と 呼こ び ま す。 反応はんのう後ご の 温度おんど が 上じょう が り ま す。

れい	何なに が 起おこし こ る か	利り用よう
鉄てつ + 酸素さんそ (酸化さんか)	カ イ ロ の中なか身み (鉄粉ふん がゆゆっ く り 酸化さんか)	[[使い捨てカイロ
**[[燃焼	ねんしょう]]** (木き・ガス・ろうそく)	激げき し い 酸化さんか → 高温こうおん と 光ひかり
金きん属ぞく と 酸さん の反はん応のう	亜鉛あえん + 塩酸えんさん → 水素すいそ + 熱ねつ	化学かがく実じっ験けん
中和ちゅうわ反応はんのう	塩酸えんさん + 水酸化すいさんか ナトリウム → 食しょく塩えん + 水みず + 熱ねつ	(中ちゅう 3 で詳くわし く)
鉄てつ + 硫い黄おう	Fe + S → FeS、 反応はんのう が 始はじめ ま る と 自力じりき で 進すすむ む	中なか 2 化学かがく の 代だい表ひょう実じっ験けん

吸熱ねつ反応はんのう と は

化学かがく変化へんか の 結けっ果か、 周しゅう り か ら 熱ねつ を 吸 う 反応はんのう を 吸熱反応きゅうねつはんのう と 呼こ び ま す。 反応はんのう後ご の 温度おんど が 下か が り ま す。

れい	何なに が 起おこし こ る か	利り用よう
**[[重曹	じゅうそう]] + ク エ ン 酸さん**	二に酸さん化か炭たん素そ を 出で し な が ら周まわり の熱ねつ を奪うばう
**[[塩化アンモニウム	えんかアンモニウム]] + 水酸化すいさんかバリウム**	強つよ い 吸熱ねつ、 -10 ℃ 近きん く ま で 下した が る
硝しょう酸さん アンモニウム + 水みず	水みず に溶とけ る だ け で 大だい き な 吸熱ねつ	[[瞬間冷却パック

発熱はつねつ と 吸熱ねつ の区く別べつ

観点かんてん	発熱はつねつ反応はんのう	吸熱ねつ反応はんのう
温度おんど	上うえ が る	下した が る
エネルギー の 向むこう き	反応はんのう → 周しゅう り	周しゅう り → 反応はんのう
多おお さ	化学かがく変化へんか の 多おお く	比ひ較かく的てき少すくな な い
利り用よう例れい	カ イ ロ・燃焼ねんしょう	冷れい却きゃく パ ッ ク・入にゅう浴よく剤ざい

大事だいじ: 「発はつ熱ねつ か 吸熱ねつ か」 は 温度おんど計けい を 当とう て て 確 か め る。 反応はんのう の 前後ぜんご で 温度おんど が上あが る か下さが る か で判はん断だん し ま す。

2. カ イ ロ の し く み (鉄てつ のゆゆっ く り 酸化さんか)

使い捨てカイロつかいすてカイロ は、 鉄粉ふん が 空くう気き中ちゅう の 酸素さんそ とゆゆっ く り 結むすぶ び つ い て 熱ねつ を 出で す 仕組しくみ み で 動どう い て い ま す。

カ イ ロ の中なか身み

成分せいぶん	役やく割わり
鉄粉ふん	酸化さんか さ れ る 主しゅ役やく
活性炭かっせいたん	酸素さんそ を ゆ っ く り 通つう す、 反応はんのう を 一定いってい に 保ほ つ
食しょく塩えん (NaCl)	鉄てつ の酸さん化か を 進すすむ め や す く す る (触媒しょくばい的てき な役やく割わり)
水すい	反応はんのう に 必要ひつよう な湿しつ気け
バーミキュライト	水みず を保たもつ 鉱物こうぶつ

反応はんのう式しき (要よう約やく)

反応はんのう	式しき
鉄てつ の酸さん化か	4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃ (酸化さんか鉄てつ、 さ び と 同どう じ)
出で る 熱ねつ	1 g の 鉄てつ が 完全かんぜん に 酸化さんか で 約やく 7 kJ

な ぜ「ゆ っ く り」 進すすむ む の か

要因よういん	効果こうか
鉄粉ふん が 細ほそ か く 空気くうき と 触さわ れ や す い	反応はんのう が 持じ続ぞく す る
袋ふくろ の 通気つうき性せい を 調整ちょうせい	酸素さんそ の 量りょう を制せい御ぎょ
食しょく塩えん と 水みず で 反応はんのう を助たすけ る	一定いってい の速はやさ で 進すすむ む
大だい き な塊かたまり の 鉄てつ (鉄棒てつぼう) で は さ び はゆゆっ く り、 熱ねつ は ほ と ん ど 感かん じ な い

大だい き な カ イ ロ vs 小しょう さ な カ イ ロ

比較ひかく	結けっ果か
大だい き な カ イ ロ	鉄粉ふん が 多おお い → 持続じぞく時間じかん が 長ちょう い
小しょう さ な カ イ ロ	鉄粉ふん が 少しょう な い → 早はや く 冷ひや め る

ポイント: カ イ ロ は 化学かがく変化へんか そ の も の が 熱ねつ を 出で し て い る。 「電でん気き や 電でん池ち が 入いり っ て い る」 と 思 う 人ひと が 多おお い が、 実みのる は 鉄てつ と 酸素さんそ の 化学かがく変化へんか だ け で 動どう い て い ま す。

3. 鉄てつ + 硫い黄おう の 反応はんのう

中なか 2 化学かがく で 必 ず 行あるき う 代だい表ひょう実じっ験けん が、 「鉄粉ふん と硫い黄おう の粉こ を ま ぜ て加か熱ねつ す る」 反応はんのう で す。

実じっ験けん の 流ながれ れ

ステップ	や る こ と
①	鉄粉ふん 7 g + 硫い黄おう 4 g を よ く ま ぜ る (質しつ量りょう比ひ 7 : 4)
②	試し験けん管かん に 入いり れ、 上部じょうぶ を ガス バーナー で加か熱ねつ
③	上部じょうぶ が 赤あか く な っ た ら加か熱ねつ を や め る
④	反応はんのう が 下か へ 自力じりき で 進すすむ む (発はつ熱ねつ反応はんのう だ か ら)
⑤	全体ぜんたい が黒くろず ん だ ら完かん了りょう

反応はんのう前まえ と 反応はんのう後ご の 比較ひかく

性せい質しつ	反応はんのう前まえ (鉄てつ + 硫い黄おう)	反応はんのう後ご (硫化りゅうか鉄てつ)
色いろ	鉄粉ふん = 灰はい、 硫い黄おう = 黄き	黒くろ
磁じ石しゃく	鉄粉ふん が つ く	つ か な い
塩えん酸さん を かける と	鉄てつ か ら 水素すいそ (無む臭しゅう) が発はっ生い	硫化りゅうか水素すいそ (く さ い 卵たまご の 匂におい い) が発はっ生い

反応はんのう式しき

項目こうもく	内ない容よう
反応はんのう式しき	Fe + S → FeS
タイプ	化合かごう (Ch3 参照さんしょう) + 発熱はつねつ反応はんのう
質しつ量りょう比ひ	Fe : S = 7 : 4

な ぜ 自力じりき で 進すすむ む の か

最初さいしょ の 加か熱ねつ で 反応はんのう が始はじま る と、 そ の 化学かがく変化へんか自身じしん が 熱ねつ を 出で す (発熱はつねつ反応はんのう)。 そ の 熱ねつ が 隣となり の 部分ぶぶん を 加か熱ねつ し、 反応はんのう が 連れん鎖さ し て 下した へ 進すすむ ん で い く の で す。 こ れ を 自己持続反応じこじぞくはんのう と 呼こ び ま す。

大事だいじ: 加か熱ねつ を や め て も 反応はんのう が 自力じりき で 続ぞく く の は、 「発熱はつねつ反応はんのう が 連鎖れんさ す る」 か ら。 こ れ が 「自己じこ持続じぞく反応はんのう」 と 呼こ ば れ、 燃ねん焼しょう や 鉱こう山ざん で の 自然しぜん発火はっか と 同どう じ し く み で す。

4. 化学かがく変化へんか と エネルギー の出で入 り

化学かがく変化へんか を 「エネルギー の出で入 り」 と し て 見み る と、 全ぜん て の 反応はんのう を 統一とういつ的てき に 説せつ明めい で き ま す。

エネルギー 図ず (発熱はつねつ反応はんのう)

状態じょうたい	エネルギー の 高こう さ
反応はんのう前まえ (Fe + S)	高こう い
反応はんのう後ご (FeS)	低てい い
差さ	熱ねつ と し て 周しゅう り に 出で る

エネルギー 図ず (吸熱ねつ反応はんのう)

状態じょうたい	エネルギー の 高こう さ
反応はんのう前まえ (重曹じゅうそう + ク エ ン 酸さん)	低てい い
反応はんのう後ご	高こう い
差さ	周しゅう り か ら 熱ねつ を 吸 う

反応はんのう を起おこ す た め の「最初さいしょ の 一いち押 し」

ど ん な 反応はんのう に も、 最初さいしょ に 必要ひつよう な エネルギー (= 活性化エネルギーかっせいかエネルギー) が あ り ま す。

例れい	「最初さいしょ の 一いち押 し」
ガス バーナー の 着火ちゃっか	マッチ や 電でん気き スパーク
鉄てつ + 硫い黄おう	試し験けん管かん上部じょうぶ の 加か熱ねつ
燃焼ねんしょう	火ひ を つ け る
カ イ ロ	袋ふくろ を 開ひらき け る (空気くうき を 入いり れ る)

反応はんのう熱ねつ (発展はってん)

化学かがく変化へんか で 出入しゅつにゅう り す る 熱ねつ の 量りょう を 反応熱はんのうねつ と 呼こ び、 単たん位い は kJ/mol (キロジュール 毎まい モル) で 表ひょう し ま す (高校こうこう で詳くわし く)。

反応はんのう	反応はんのう熱ねつ (約やく)
水素すいそ の 燃焼ねんしょう (H₂ + ½O₂ → H₂O)	-286 kJ/mol (発はつ熱ねつ)
メタン の 燃焼ねんしょう (CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O)	-890 kJ/mol (発はつ熱ねつ)
鉄てつ の酸さん化か (4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃)	-1648 kJ/mol (発はつ熱ねつ)

ポイント: 化学かがく変化へんか は エネルギー の 形かたち を 変へん え る 装置そうち。 燃料ねんりょう の 化学かがく エネルギー → 熱ねつ エネルギー → 機械きかい を 動どう か す。 中なか 3 で 学がく ぶ 「エネルギー」 単元たんげん の 入口いりぐち で す。

5. 身み の回まわり の 発熱はつねつ ・ 吸熱ねつ

身み の回まわり の 発熱はつねつ反応はんのう

例れい	反応はんのう
**[[使い捨てカイロ	つかいすてカイロ]]**
ガス コンロ	メタン や プロパン の 燃焼ねんしょう
ろ う そ く	パラフィン (炭化たんか水素すいそ) の 燃焼ねんしょう
た き 火ひ	木き (セルロースセルロース等) の 燃焼ねんしょう
発電はつでん所しょ	石炭せきたん・石油せきゆ・天然てんねん ガス の 燃焼ねんしょう
車しゃ のガソリンガソリン エンジン	ガソリン の 燃焼ねんしょう

身み の回まわり の 吸熱ねつ反応はんのう

例れい	反応はんのう
冷れい却きゃく パ ッ ク	硝しょう酸さん アンモニウム + 水みず
入にゅう浴よく剤ざい	重曹じゅうそう + ク エ ン 酸さん (発泡はっぽう + 軽けい い 吸熱ねつ)
水すい の蒸じょう発はつ (汗あせ)	物理ぶつり変化へんか だ が 同どう じ 効果こうか で 体からだ を 冷ひや や す

実じっ験けん のアイアイデア

実じっ験けん	や り 方かた
カ イ ロ の 温度おんど を は か る	カ イ ロ を 開ひらき け、 5 分ぶん ご と に 温度おんど計けい を 当とう て る
重曹じゅうそう + ク エ ン 酸さん	水みず の 入いり っ た コップ に両りょう方ほう を 入いり れ、 温度おんど計けい で 温度おんど変化へんか を み る
鉄粉ふん + 食しょく塩えん + 水みず	試し験けん管かん でゆゆっ く り加か熱ねつ さ れ る (= ミニ カ イ ロ)

大事だいじ: 身み の回まわり の 「あ た た か い」 「冷ひや た い」 商品しょうひん の 多おお く は、 化学かがく変化へんか で 説せつ明めい で き る。 化学かがく を 学がく ぶ と、 商品しょうひん ラベル の 成分せいぶん表ひょう を 見み て「な ぜ こ れ で 温ゆたか ま る の か」 が 分ぶん か る よ う に な り ま す。

6. 安全あんぜん — 加熱かねつ ・ 発火はっか注ちゅう意い

化学かがく変化へんか と 熱ねつ の 実じっ験けん で は、 加か熱ねつ中 の 温度おんど・硫い化か水素すいそ ガス・自然しぜん発火はっか に 注ちゅう意い が 必ひつ要よう で す。

加か熱ねつ中 の 注ちゅう意い

ル ー ル	理り由ゆう
試し験けん管かん の口くち を人ひと に 向むこう け な い	急きゅう に 中身なかみ が 飛とび び 出で るこことと が あ る
加か熱ねつ部ぶ分ぶん を 直接ちょくせつ触さわら な い	加か熱ねつ後こう数すう分ふん は 高こう温おん
試し験けん管かん ば さ み を 使し う	素す手で で持もつ と やけど
加か熱ねつ中 は 試し験けん管かん を ふ ら つ か せ な い	中身なかみ が飛とび 散ち る
加か熱ねつ終了しゅうりょう後ご は十じゅう分ぶん に 冷ひや ま す	ま だ 高こう温おん な ま ま 触さわ ら な い

鉄てつ + 硫い黄おう実じっ験けん で の 注ちゅう意い

場面ばめん	注ちゅう意い
反応はんのう後ご の 試し験けん管かん を割わら な い	中なか の 硫化りゅうか鉄てつ を酸さん に 触さわ れ さ せ な い
硫化りゅうか水素すいそ ガス に 注ちゅう意い	硫化りゅうか鉄てつ + 塩酸えんさん → 硫化りゅうか水素すいそ (有毒ゆうどく・卵たまご の 腐くさ っ た 匂におい い)
換かん気き厳守げんしゅ	窓まど を 開ひらき け、 換気扇かんきせん を 回かい す
匂におい い を 直接ちょくせつ か が な い	手て で 軽けい く 扇おうぎ ぐ
気き分ぶん が 悪あく く な っ た ら 屋外おくがい へ	速はや や か に新しん鮮せん な 空くう気き を

発火はっか ・ 燃焼ねんしょう実じっ験けん で の 注ちゅう意い

ル ー ル	説せつ明めい
可燃かねん物ぶつ を周まわり に置おか な い	紙かみ・布ぬの・カーテン か ら 離はなれ す
消火しょうか用具ようぐ を 用意ようい	濡ぬれ た布ぬの・消しょう火か器き・水道すいどう を確かく認にん
服装ふくそう	長なが袖そで は袖そで を ま く る、 髪かみ は 結むすぶ ぶ
大量たいりょう の薬やく品ひん を 使し わ な い	燃焼ねんしょう規き模ぼ が 大だい き く な る と 制せい御ぎょ で き な く な る
マグネシウム の 燃ねん焼しょう	強つよ い 光ひかり を 直視ちょくし し な い (目め を 痛いた め る)

自然しぜん発火はっか のこことと

カ イ ロ や 鉄粉ふん は、 大量たいりょう に積つみ 重おも ね る と 自然しぜん発火はっか (自力じりき で 火ひ が つ く こ と) を 起おこし こ す こ と が あ り ま す。 工場こうじょう の 火災かさい の 原因げんいん に も な っ て い ま す。

大事だいじ: 「鉄てつ が 燃 え る」 「鉄てつ で暑あつく な る」 は 同どう じ 反応はんのう。 量りょう と 時間じかん の 違 い で 「カ イ ロ」 に も「火災かさい」 に も な り ま す。 学校がっこう の 実じっ験けん で は 必 ず 少量しょうりょう で、 先せん生せい の指し示じ に 従 い ま す。

ま と め

• 化学かがく変化へんか は 熱ねつ を 出で す (発熱反応はつねつはんのう) か 熱ねつ を 吸 う (吸熱反応きゅうねつはんのう) に 分ぶん か れ る
• カ イ ロ は 鉄てつ のゆゆっ く り し た 酸化さんか (4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃) で 発熱はつねつ
• 鉄てつ + 硫い黄おう は 「自力じりき で 進すすむ む 発熱はつねつ反応はんのう」。 反応はんのう後ご は 磁じ石しゃく に つ か な い + 塩えん酸さん で硫い化か水素すいそ が 出で る
• 吸熱ねつ反応はんのう の代だい表ひょう = 重曹じゅうそう + ク エ ン 酸さん、 硝しょう酸さん アンモニウム + 水みず
• 化学かがく変化へんか は エネルギー の移い動どう で あ り、 反応はんのう の 前後ぜんご で の エネルギー 差さ が 熱ねつ と し て 出入しゅつにゅう り す る
• 安全あんぜん: 試し験けん管かん の口くち を 向むこう け な い・換かん気き・硫い化か水素すいそ注ちゅう意い・少量しょうりょう で 行あるき う

次つぎ の 章しょう で は、 化学かがく か ら 物理ぶつり に 移うつり り、 電流でんりゅう と 電圧でんあつ を 学がく び ま す。 オーム の 法ほう則そく と直ちょく列れつ・並へい列れつ回路かいろ が 中心ちゅうしん で す。

まとめ — 化学かがく変化へんか と 熱ねつ を 3 行くだりで

• 化学かがく変化へんかは熱ねつを出だす 発熱反応はつねつはんのう (鉄てつの酸化さんか・カイロ等とう) と熱ねつを吸すう 吸熱反応きゅうねつはんのう (重曹じゅうそう+クエン酸さん等とう) に分わかれる
• 鉄てつ+硫黄いおう は自力じりきで進すすむ発熱はつねつ反応はんのうで、 反応はんのう後ごの生成せいせい物ぶつは磁石じしゃくにつかず塩酸えんさんで硫化りゅうか水素すいそが発生はっせいする点てんで原料げんりょうと区別くべつできる
• 化学かがく変化へんかはエネルギーの移動いどうであり、 反応はんのう前後ぜんごのエネルギー差さが熱ねつとして出入でいりするのが熱ねつ変化へんかの本質ほんしつである