答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　元の問題へ　　


問1の答

　　(i) ： Na⁺(g) + Cl^-(g) + 水,　(ii) ： NaCl(s) + 水,　(iii) ： 水中で, Na⁺(aq) + Cl^-(aq)


●1　ΔH_latticeを伴なう図の(ii) ⇄ (i)での反応において,

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　NaCl(s) + 水 ⇄ Na⁺(g) + Cl^-(g) + 水

●2　ΔH_solutionを伴なう図の(ii) ⇄ (iii)での反応において,

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　NaCl(s) + 水 ⇄ Na⁺(aq) + Cl^-(aq)

●3　ΔH_solvationを伴なう図の(i) ⇄ (iii)での反応において,

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Na⁺(g) + Cl^-(g) + 水 ⇄ Na⁺(aq) + Cl^-(aq)

　そして, 上述の●1～●3 において, s は固体, g は気体, aq は水和, 及び 水 は多量の水を意味する。


Answer of Q1

　　(i) ： Na⁺(g) + Cl^-(g) + water,　(ii) ： NaCl(s) + water,　(iii) ： in water, Na⁺(aq) + Cl^-(aq)


●1　In the reaction of (ii) ⇄ (i) with ΔH_lattice,

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　NaCl(s) + water ⇄ Na⁺(g) + Cl^-(g) + water

●2　In the reaction of (ii) ⇄ (iii) with ΔH_solution,

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　NaCl(s) + water ⇄ Na⁺(aq) + Cl^-(aq)

●3　In the reaction of (i) ⇄ (iii) with ΔH_solvation

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Na⁺(g) + Cl^-(g) + water ⇄ Na⁺(aq) + Cl^-(aq)

　And, in the ●1～●3 described above, s means solid, g gas, aq solvation of water, and water a large amount of water.


問2の答　　　　　(+788) + (-784) = +4


　上図を参照すると, そうすると ΔH_lattice, ΔH_solvation, および ΔHsolution の間にひとつの式が次のように表わされる ：

　　ΔH_lattice = ΔHsolution - ΔH_solvation,

　かくして,

　　ΔHsolution = ΔH_lattice + ΔH_solvation = (+788) + (-784) = +4 kJ/mol


Answer of Q2　　　　　(+788) + (-784) = +4


　Refer the diagram above, and so an equation between ΔH_lattice, ΔH_solvation, and ΔHsolution is represented as follows ：

　　ΔH_lattice = ΔHsolution - ΔH_solvation,

　thus,

　　ΔHsolution = ΔH_lattice + ΔH_solvation = (+788) + (-784) =+4 kJ/mol


問3の答

炎色反応試験
　I族とII族(ベリリウムとマグネシウムを除く)でのs-ブロック元素は炎色試験によって確認される。その未知化合物は炎の中で蒸発し, その原子中の電子が燃焼気体からのエネルギーによってより高い軌道へ増幅される。そのとき励起された原子はエネルギーを失いより低いエネルギーレベルへ電子遷移を行い, 余分のエネルギーを電磁放射の形で放出する。
　ほとんどのs-ブロック元素の場合, この放射線の振動数は可視領域になる。その電子遷移は各元素で異なり, そこで未知化合物中のs-ブロック元素が炎の色で確認される。
　I族金属での特徴あるその色は：
　●リチウム：レンガの赤　●ナトリウム：黄　●カリウム：薄紫　●ルビジウム：深い赤　●セシウム：空の青色,

　そして, II族金属のいくつかは：
　●カルシウム：レンガの赤　●ストロンチウム：深紅　●バリウム：黄緑

　もしラベルAの溶液が薄紫の炎色を与えると, Aは塩化カリウム溶液である。同様にして, ラベルBまたはCの溶液を塩化ナトリウムかまたは塩化リチウム溶液化かを確認することができる。

[操作]
　炎色試験を施行する操作は次のステップを含む ：
1　二クロムまたは白金線を濃塩酸に浸け, そして無色の発光ブンゼン炎中へ置く。
2　そのワイヤーが炎中にあるとき色が全く生じなくなるまで洗浄プロセスを続ける。
3　そのワイヤーを濃塩酸でしめらせ, 未知化合物に浸け, そして再び炎中に保持する。
4　リストを参照して, 観察される色をチェックする。


一方, 次のような方法がある ：

溶解エンタルピー
　塩化ナトリウム, 塩化カリウム, 及び塩化リチウムに対しての溶解エンタルピーの間に差違があり, それらが水に溶けるとき温度変化を与える。298 K でのその塩化物の溶解エンタルピーは塩化カリウム：+17.22 kJ/mol, 塩化ナトリウム：+3.88 kJ/mol, 塩化リチウム：-37.03 kJ/mol である。

　発泡ポロスチレンの熱量計を使用して, 溶媒蒸発後のその3つの塩化物の１つを水に溶かすと, もしラベルAの溶液が最も高い温度を示すならば, それは塩化カリウム溶液である。同じ方法で, ラベルBやCの溶液を塩化ナトリウムや塩化リチウムの溶液として確認することができる。

[発泡ポリスチレン熱量計]
　この熱量計は簡単で水溶液中で行われる温度変化の測定には適している。例えば, ●酸と塩基の間の中和反応, ●2つの水溶液の混合で固体が形成する沈殿反応, ●固体の溶解での水溶液形成。
　このメーターはテストされる物質の水溶液を保持する断熱性カップから成り立っている。それでエンタルピー変化が熱量計内部で温度の変化をひきおこし, その変化はサーモメーターで測定される。 次にモルエンタルピー変化が温度変化および熱量計の内容物の質量と熱容量の知見から計算される。

[冷却補正]
　実験中熱損失が一定であると仮定するならば, より正確な数値が物質の混合での時間に対して温度変化の極小値又は極大値でそのグラフを外挿することによって得られる。すなわち, 混合での時間を遡ることである。


Answer of Q3

Flame reaction test
　An s-block element for the Group I and Group II (with exceptions of beryllium and magnesium) may be identified by a flame test. The unknown compound is vaporized in a flame, and the electrons in its atoms are promoted into higher orbitals by the energy from the burning gas. The excited atoms then lose energy and undergo an electronic transition to a lower energy level, giving off the extra energy in the form of electromagnetic radiation.
　In the case of most s-block elements, the frequency of this radiation falls in the visible region. The electronic transitions are different for each element, so an s-block element in the unknown compound may be identified by the colour of the flame.
　The characteristic colour for the Group I metals are ：
　●lithium : crimson-red　●sodium : yellow　●potassium : lilac　●rubidium : deep red　●cesium : sky blue,

　and some of the Group II metals also give flame colours ：
　●calcium : brick-red　●strontium : crimson　●barium : yellow-green.

　If the solution labelled A would give the flame colour of lilac, A is the potassium chloride solution. In the same way, we can identify the solutions labelled B or C as sodium chloride or lithium chloride solution. For example, if the flame colour of B : yellow, B : the sodium chloride, and the flame colour of C : crimson-red, C : the lithium chloride.

[Procedure]
　The procedure for carrying out a flame test involves the following steps ：
1　Clean a nichrome or platinum wire by dipping it in concentrated hydrochloric acid and placing it in a non-luminous Bunsen flame.
2　Continue this cleaning process until no colour at all is produced when the wire is in the flame.
3　Moisten the wire with concentrated hydrochloric acid, dip it in the unknown compound, and hold it in the flame again.
4　Check the colour observed, referring the list.


　On the other hand, there is the method as follows ：

Enthalpy of solution
　There are differences between the enthalpies of solution for sodium chloride, potassium chloride, and lithium chloride, to give changing of temperature when they dissolve into water. The enthalpies of solution for the chlorides at 298 K are potassium chloride：+17.22 kJ/mol, sodium chloride：+3.88 kJ/mol, and lithium chloride：-37.03 kJ/mol.

　Dissolve into water one of the three chlorides after solvent vaporization, using a calorimeter of expanded polystyrene, and if the solution labelled A would have the highest temperature, it is the potassium chloride solution. 　In the same way, we can identify the solutions labelled B or C as sodium chloride or lithium chloride solution.

[The expanded polystyrene calorimeter]
　This calorimeter is simple and suitable for measuring temperature change that takes place in aqueous solution. For example, ● neutralization reactions between an acid and a base; ● precipitation reactions where a solid forms on mixing two aqueous solutions; ● dissolving a solid to form an aqueous solution.
　This meter consists of an insulated cup containing an aqueous solution of the substances tested. The enthalpy change then causes a change in the temperature inside the calorimeter, which can be measured with a thermometer. The molar enthalpy change may then be calculated from a knowledge of the temperature change and the mass and specific heat capacity of contents of the calorimeter.

　Two expanded polystyrene cups are placed one inside the other. An expanded polystyrene plug supports a thermometer and a wire stirrer. If the mass and specific heat capacity of the mixture tested is large compared with that of the thermometer and stirrer, then the heat exchanged with the stirrer and thermometer is very less than that exchanged with the mixture tested, and we can make the assumption mentioned above.

[Cooling correction]
　Assuming that heat loss is constant during the experiment, a more accurate figure is obtained by extrapolating the graph at the minimum or the maximum of temperature changes vs. the time of mixing for substances, that is, back to the time of mixing.