０４．４
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　林　正幸

　　　メタノールの燃焼熱

解　説

　人類は物質エネルギーを燃焼によって熱エネルギーに転換して利用してきた。その意味
でぜひ生徒にも燃焼熱の計測をさせたい。かつての菓子の缶に入れた水をアルコールラン
プで暖める方式は、効率が６０％を越える程度であった。これを改善したいと工夫する中
で、Ｌアングルを切断したアルミ片を加熱する方式を思い付いた。
　断熱容器に納めた菓子の缶にアルミ片を入れ、金網を被せて逆さにする。支えは三脚を
逆さにして３本の足を利用する。アルコールランプでまんべんなく加熱してから、もとに
戻し水を加えて温度上昇を計測する。
　その結果は効率が８５％に達するほどに跳ね上がった。ちなみにこの実験法では水滴は
ほとんど生じないので、次の熱化学方程式を計測することになる。
　　　　ＣＨ3ＯＨ ＋ (3/2)Ｏ2 ＝ ＣＯ2 ＋ ２Ｈ2Ｏ(気) ＋６４５ｋＪ
　用いるアルミ片は５２３ｇになっている。それは選んだ菓子の缶が１５４ｇで、鉄製で
あることによる。つまり鉄の熱容量は０.４４Ｊ/Ｋ・ｇとアルミニウムの半分であるので、
これでちょうど実質的に６００ｇのアルミを使うことになる。アルミ片が得た熱エネルギ
ーは、アルミニウムの熱容量０.８８Ｊ/Ｋ・ｇを使って、次の式で計算できる。
　　　　０.８８×６００×（アルミ片の温度上昇）［Ｊ］
　水は１［ｌ］＝１０００ｇが適量で、これで缶の中のアルミ片がうまく被る。水が得た
熱エネルギーは、水の熱容量４.２Ｊ/Ｋ・ｇを使って、次の式で計算できる。
　　　　４.２×１０００×（水の温度上昇）［Ｊ］
燃焼したメタノールの質量は、アルコールランプ全体の質量差から求まる。これでメタノ
ール１ｍｏｌあたりの燃焼熱が、そのモル質量３２ｇ/ｍｏｌを使って、次の式で計算でき
る。
　　　　（全体の熱エネルギー）×３２／（燃焼したメタノールの質量）
　実験上の細かい注意は次の「準備」や「操作」を参考にしてほしいが、暖冷房をかけ始
めた段階では誤差が出やすい。また風の影響も受けやすい。そしてアルミ片は空気中に曝

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しておき、水は汲みおくとよい。
　なお同じ方式で、エタノールやアセトンの燃焼熱も計測できる。

準　備

・菓子の缶（「ゴーフル」（１５００円）の缶が手ごろ　直径１７ｃｍ、高さ９ｃｍ、質
　　量１５４ｇ、鉄製）
・断熱容器（発泡スチロールで自作）
・丸い金網
　　（２０ｍｅｓｈステンレス網を切断し、周囲を折り曲げてつくる）
・三脚
・アルミ片　５２３ｇ
　　（幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍ、長さ２ｍのアルミＬアングルを、電気のこぎりで２ｃｍ
　　　幅に切断する。６本で予備もできる。）
・はかり（１ｋｇ用）
・電子天びん（２００ｇ用で、０.０１ｇまでは計測できるもの）
・アルコールランプ（ガラス製）
　　（ランプの芯は短くして炎が小さくなるようにする）
・メタノール
・１［ｌ］ビーカー
　　（正確な１［ｌ］の目盛りを印しておく）
・アルコール温度計、ガラス棒
・大型バット、ブロワー

操　作

（イメージ）
　メタノールを燃焼させ、その熱エネルギーをアルミ片に貯め、水を加えて全体の温度上
昇を計測する。
（操作）
（１）菓子の缶（半径８.５ｃｍ）を断熱容器に収め、アルミ片５２３ｇを入れ、温度計を
差し入れてその温度を計測する。

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　　　　（　　 ）℃
参考：菓子の缶は鉄製で１５４ｇあり、この熱容量はアルミニウム７７ｇに相当する。つ
　　　まり実質的にはアルミ片６００ｇを用いることになる。
注意：温度は０.２℃刻みで読み取る。
（２）正確な目盛りを印したビーカーに水１［ｌ］を入れ、ときどきかき混ぜながら温度
を計測する。
　　　　（　　 ）℃
（３）メタノールを入れたアルコールランプの、キャップの内側を拭ってから被せて全体
の質量を計測する。
　　　　（　　　 　　）ｇ
（４）アルミ片をならして丸い金網を被せ、三脚を入れて網を支え、全体を静かに逆さに
する。
（５）アルコールランプに点火して手に持ち、アルミ片をまんべんなく５分間加熱する。
注意：この加熱が結果を左右する。炎は先端が網からすこし離れるようにする。半径が３、
　　　６ｃｍの２つの同心円を頭に描き、順にくり返し炎でたどるように加熱する。
（６）時間が来たらキャップを被せてアルコールランプを消す。菓子の缶と三脚をそのま
ま元にもどして三脚を外し、水１［ｌ］を注ぎ、金網を除いて温度計を差し入れ、ガラス
棒でかき混ぜながら、到達温度を計測する。
　　　　（　　 ）℃
（７）合間を利用してアルコールランプの質量を計測して、燃焼したメタノールの質量を
求める。
　　　　（　 　　）ｇ
（８）水を捨ててアルミ片を大型バットに取り出し、ブロワーで乾燥する。菓子の缶も乾
燥する。
（９）できるなら次のデータを使って、メタノール１ｍｏｌの燃焼熱を計算してみよ。
　　　　熱容量　　アルミニウム　　　０.８８Ｊ/ｇ・℃
　　　　　　　　　水　　　　　　　　４.２
　　　　メタノールのモル質量　　　３２ｇ/ｍｏｌ

結　果

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　典型的な実験データは次のようである。
　　　　アルミ片　　　　　　５.０℃
　　　　水　　　　　　　　　４.８℃
　　　　到達温度　　　　　　９.４℃
　　　　燃焼したメタノール　１.２６ｇ
これから次のように計算される。
　　アルミ片が得た熱エネルギー
　　　　０.８８×６００×４.４ ＝ ２３２０［Ｊ］
　　水が得た熱エネルギー
　　　　４.２×１０００×４.６ ＝ １９３２０［Ｊ］
　　全体の熱エネルギー
　　　　２１６４０［Ｊ］＝ ２１.６４［ｋＪ］
　　メタノール１ｍｏｌあたりの燃焼熱
　　　　２１.６４×３２／１.２６ ＝ ５５０［ｋＪ/ｍｏｌ]
得られた数値は文献値の８５％に相当する。

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