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問1の答

　　Pb(固) +(1/2)O2(気) = PbO(固) + 219 [kJ]



　鉛が燃焼して, 固体の一酸化鉛を生成する反応の熱化学方程式を次のように書く。 ただし, Q [kJ]は鉛の燃焼熱を表す。

　　Pb(固) +(1/2)O2(気) = PbO(固) + Q [kJ]　　…(1)

　一方, , PbO(固)の生成熱(25℃)は219 [kJ/mol]であるので, 次の熱化学方程式が成立する。

　　Pb(固) +(1/2)O2(気) = PbO(固) + 219 [kJ]　　…(2)

　ここで, (1)と(2)は一致する。

　よって, 固体の鉛(物質量 1mol)が燃焼して, 固体の一酸化鉛を生成する反応の熱化学方程式は：

　　Pb(固) +(1/2)O2(気) = PbO(固) + 219 [kJ]


問2の答

　一酸化鉛の状態は1725℃で液体と気体の共存状態にある。

　物質量の比は,

　　(PbO液体)：(PbO気体) = 59：41



　1molの一酸化鉛(固体生成物)の状態変化は, 燃焼熱 219 [kJ]を吸収して次のステップで進行する。ただし, 最終の温度を t℃とする：

PbO(固, モル比熱55, 25℃) → (融解, 融点885℃, 融解熱26kJ/mol) →

PbO(液, モル比熱65) → (蒸発, 沸点1725℃, 蒸発熱223kJ/mol) → PbO(気, モル比熱38, t℃)

よって,

(1) PbO(固, モル比熱55, 25℃) → 融解(融点885℃)までの熱量Q1

　　Q1 = 1×0.055×(885 -25) = 47.3 kJ

(2) PbOの融解熱Q2

　　Q2 = 1×26 = 26 kJ

よって,

　　Q1 + Q2 = 47.3 + 26 = 73.3 kJ

(3) PbO(液, モル比熱65, 885℃) → 蒸発(沸点1725℃)までの熱量Q3

　　Q3 = 1×0.065×(1725 - 885) = 54.6 kJ

よって,

　　Q1 + Q2 + Q3 = 47.3 + 26 + 54.6 = 127.9 kJ

ここで, 1molの全てのPbO(液)が蒸発すると, その熱量は223 kJとなり燃焼熱219 kJより大きくなるので, 液体のPbOは全て蒸発しないで, 一部残ることになる。
　したがって, 一酸化鉛の状態は1725℃で液体と気体の共存状態にある。そのときの気体状一酸化鉛を x molとすると, 次式が成立する。

　　219 = 127.9 + 223x

　　223x = 91.1

よって, PbO気体の物質量は,

　　x = 0.40852 = 0.409mol　　…PbO気体

PbO液体の物質量は,

　　1 - 0.409 = 0.591mol　　…PbO液体

物質量の比は,

　　(PbO液体)：(PbO気体) = 0.591：0.409 = 59：41