令和元年度(再試験) I-4-3

解説

この問題で問われていること

標準反応ギブズエネルギーΔrG°を、標準反応エンタルピーΔrH°、標準反応エントロピーΔrS°、絶対温度Tを用いて表す式の空欄を埋める問題。

解き方

① ギブズエネルギー: G = H − TS。温度Tが掛かるのはエントロピーの項だけ(1乗)
② ΔrG° = ΔrH° − T×ΔrS° → ア=ΔrH°、イ=T×ΔrS°
③ ②

正解が正しい理由

定温・定圧下でのギブズエネルギーの変化は、ΔG=ΔH−TΔSで与えられる。標準状態の反応についてはΔrG°=ΔrH°−T×ΔrS°である。したがってア=ΔrH°、イ=T×ΔrS°の組合せである②が正しい。ΔrG°<0であれば、その反応は標準状態で自発的に進行しうる。

各選択肢について

• ① イが「ΔrS°」となっている点が誤り。エントロピー項には絶対温度Tを掛ける必要がある(単位はJ/Kのエントロピーを、エネルギーの単位J/molに揃えるため)。
• ② ΔrG°=ΔrH°−T×ΔrS°(ギブズエネルギー=エンタルピー−温度×エントロピー)と一致しており、これが正答。
• ③ イが「T²×ΔrS°」となっている点が誤り。エントロピー項に掛けるのはTの1乗であり、2乗ではない。
• ④ アが「T×ΔrH°」、イが「ΔrS°」となっており、TをかけるべきエントロピーとエンタルピーS-Hが逆になっている。
• ⑤ アが「T²×ΔrH°」となっている点が誤り。エンタルピー項には温度を掛けない。

覚えるべきポイント

ギブズエネルギーの定義はG=H−TSで、定温・定圧下での変化ΔG=ΔH−TΔSは反応の自発性の判定に使われる。ΔG<0なら自発的、ΔG=0なら平衡、ΔG>0なら非自発的である。エントロピー項にだけ絶対温度Tが掛かる点を押さえる。