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発熱反応と吸熱反応は、熱を式のどちら側に書くかで見分けられます。カイロのように熱が右に出てくれば発熱、冷却パックのように熱を左から取り込めば吸熱です。温度計はまわりの水や容器の温度をとらえていることも押さえましょう。
発熱反応
「反応物のもつエネルギー > 生成物のもつエネルギー」で、差の分が熱として放出される。
吸熱反応
反応するためにエネルギーが必要で、それを熱として吸収する。
発熱反応の例
- 燃焼：木・紙・ガスが燃える → 炎・熱・光
- 使い捨てカイロ：鉄粉の酸化で発熱
- 中和反応：酸とアルカリ → 温度上昇
- マグネシウムと希塩酸：Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂（発熱）
- 水と酸化カルシウム（生石灰）：加熱式の駅弁・防災食品の加熱に使われる
- 呼吸：糖を分解してエネルギーを得る（体温の維持）
吸熱反応の例
- 瞬間冷却パック：硝酸アンモニウム＋水で温度低下
- クエン酸＋重曹：温度が下がる
- 炭酸水素ナトリウムの熱分解：熱を加える＝吸熱
- 光合成：光のエネルギーを使って糖を作る
- 水酸化バリウム＋塩化アンモニウム：劇的に温度が下がる実験
カイロの仕組み（詳細）
中身：鉄粉、活性炭、塩水、保水材
袋を開ける → 空気（酸素）が入る
鉄粉 + 酸素 → 酸化鉄 + 熱
化学反応式：4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃ + 熱
活性炭：酸素を吸着して反応を助ける
塩水：反応を促進
→ 数時間にわたって暖かさが持続
冷却パックの仕組み
袋の中に水と硝酸アンモニウム（NH₄NO₃）が別々に入っている
袋を押して中の仕切りを破る
→ 硝酸アンモニウムが水に溶けるとき 熱を吸う
→ 温度が急激に下がる
→ スポーツの応急処置などに使う
反応のエネルギー
- 反応物と 生成物はそれぞれエネルギーを持つ
- 反応物の化学エネルギーのほうが大きい → 余った分が熱として出る → 発熱反応
- 生成物をつくるのに周囲から熱を取り込む → 吸熱反応
- このエネルギーを「化学エネルギー」という
温度変化を調べる実験
目的：反応前後の温度を比べ、熱を出す反応か、熱を吸う反応かを判断する。
手順：反応前の温度を測る → 物質を混ぜる → かき混ぜながら最高または最低温度を記録する。
観察事実：温度が上がれば周囲へ熱が出た、温度が下がれば周囲から熱が奪われたと考える。
考察：温度計が示すのは「反応そのものの温度」ではなく、反応が起きたまわりの水溶液や容器の温度変化である。
- 生石灰と水、水酸化バリウムと塩化アンモニウムなどは、強い発熱・吸熱や有害性を伴うことがある。
- 教科書実験は先生の指示、保護具、少量の薬品、換気のもとで行う。
- 温度変化だけを確かめたいときは、市販品を分解せず、外側から温度を測る程度にとどめる。
身近な発熱・吸熱の活用
- 発熱：暖房・調理・お風呂を沸かす
- 吸熱：冷却・冷蔵・凍結
- 食品の保存：吸熱で温度を下げて細菌の繁殖を抑える
- 植物の光合成：吸熱反応で太陽エネルギーを糖（化学エネルギー）に変える
- 発熱反応：反応物 → 生成物 + 熱（周りが熱くなる）
- 吸熱反応：反応物 + 熱 → 生成物（周りが冷たくなる）
- 「発」＝出す、「吸」＝取り込む、と覚える。
- 発熱反応：化学エネルギーが熱エネルギーに変わる
- 吸熱反応：熱エネルギーが化学エネルギーに変わる
- エネルギー全体は 保存される（熱力学第1法則）。
この章でつまずきやすいところ
発熱反応と吸熱反応は、式のどちら側に「熱」を書くか・温度計が何の温度を測っているか・光合成や呼吸まで含めて分類できるか・「熱を吸う」のにエネルギーが保存されると言えるのかで迷いやすい単元です。本文を読んでいる途中や問題を解く途中で立ち止まりがちな4つの場面を整理します。
熱を「出す側」か「吸う側」か、式のどちらに熱を書くかで迷う
- つまずく場面：本文の「反応物 → 生成物 + 熱」と「反応物 + 熱 → 生成物」という2つの式を見比べているとき、どちらが発熱でどちらが吸熱だったかが急に分からなくなり、教科書を行き来して止まってしまう。
- 克服のコツ：因果関係で整理する。「熱」が矢印の右側＝出てくる側にあれば発熱反応、「熱」が矢印の左側＝必要な側にあれば吸熱反応と読む。「発」は出す、「吸」は取り込む、と漢字の意味に戻ると、式の左右どちらに熱を書くべきかが自然に決まる。
- ミニ例：使い捨てカイロは鉄が酸素と結びつくときに熱を出す発熱反応で、式に書くと 「鉄＋酸素 → 酸化鉄＋熱」 のように熱が右側に出てくる。一方、冷却パックは硝酸アンモニウムが水に溶けるとき熱を取り込むので、熱は左側に必要な分として現れる。
温度計の示す温度を「反応そのものの温度」と思い込んでしまう
- つまずく場面：観察の流れの本文で「反応前の温度を測る → 物質を混ぜる → 最高温度を記録する」という手順を読んでいる途中、温度計が反応している粒子そのものの温度を測っていると勘違いし、考察で何を書けばいいか分からなくなる。
- 克服のコツ：位置関係で整理する。温度計は反応が起きているまわりの水溶液や容器の温度を測っている。温度が上がった＝周囲へ熱が出た、温度が下がった＝周囲から熱が奪われた、と「周囲から見た熱の出入り」として読み替える。反応物そのものの温度ではない点を必ず意識する。
- ミニ例：酸とアルカリを混ぜて温度計が上がったときは、酸とアルカリの粒子の温度を見ているのではなく、反応で出た熱を受け取った水溶液の温度が上がっていると考える。
光合成と呼吸を「生物の話だから」と化学変化の分類から外してしまう
- つまずく場面：本文の例や問題で「光合成」「呼吸」が発熱・吸熱の例として出てきたとき、化学変化の単元なのに生物の話が混ざっていることに戸惑い、どちらに分類されるのか手が止まってしまう。
- 克服のコツ：教科書で発熱・吸熱の例として光合成・呼吸が挙げられている場合は、因果関係で整理するとよい。光合成は光のエネルギーを使って糖をつくる＝外からエネルギーを取り込むので吸熱反応の仲間、呼吸は糖を分解してエネルギーを得る＝エネルギーを放出するので発熱反応の仲間として扱われることが多い。「エネルギーを必要としているのか、放出しているのか」を見ると、生物の例でも判別しやすい。
- ミニ例：本文では呼吸が「体温の維持」に関わると整理されている。体温が保てるのは呼吸が熱を出す発熱反応の仲間だから、と結びつけて覚えると、光合成（吸熱の仲間）との向きも忘れにくい。
「熱を吸う」のに「エネルギーが保存される」と書いてあって矛盾を感じてしまう
- つまずく場面：教科書のコラムや発展で「化学変化が起きてもエネルギー全体は保存される」と書かれているのを読んでいる途中、吸熱反応では周りが冷たくなる＝熱が減るように見えるのに、なぜ保存と言えるのか分からなくなり、本文の意味が頭に入らなくなる。
- 克服のコツ：因果関係で整理する。教科書では熱エネルギーと化学エネルギーは互いに姿を変えると整理する。吸熱反応では、周囲から消えた熱エネルギーが生成物の化学エネルギーとして蓄えられる。発熱反応はその逆で、反応物に蓄えられていた化学エネルギーが熱として出てくる。合計は変わらない、と読む。
- ミニ例：瞬間冷却パックでは、まわりの温度が下がった分のエネルギーが消えたのではなく、硝酸アンモニウムが水に溶けた状態のエネルギーとして残っている、と整理すると保存の意味がつかめる。
練習問題
次は発熱反応か吸熱反応か。
- 使い捨てカイロ
- 瞬間冷却パック
- 木が燃える
- 植物の光合成
- 呼吸
- 中和反応
答えを見る
(1) 発熱 (2) 吸熱 (3) 発熱（燃焼） (4) 吸熱 (5) 発熱 (6) 発熱
使い捨てカイロが温かくなる理由を、化学反応式を使って説明せよ。
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袋を開けると空気中の酸素が入り、鉄粉が酸化される。この酸化反応 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃ は発熱反応で、熱を放出するため温かくなる。
吸熱反応では周りの温度はどうなるか。なぜか。
答えを見る
下がる。化学変化で熱を吸収するため、周囲から熱を奪う。
まとめ
- 発熱反応：熱を出す（燃焼・カイロ・中和）。周囲が暖かくなる。
- 吸熱反応：熱を吸う（冷却パック・光合成）。周囲が冷たくなる。
- 身近な現象は 化学変化＋エネルギーのやり取りで説明できる。
- エネルギー全体は保存される。
もっと知る ── 発展・実生活（出典つき）
※ 教科書の内容に、信頼できる出典をもとにした発展・実生活・時事の話題を補足しています（教科書そのものではありません）。
使い捨てカイロは「鉄がさびる」発熱反応実生活
使い捨てカイロは、袋を開けると中の鉄粉が空気中の酸素と結びついて酸化鉄になるときの熱を利用しています。中には鉄粉のほか、反応を助ける活性炭や食塩水、熱を保つ保水材が入っていて、これらの配合や通気量を調整することで発熱の温度や持続時間をコントロールしています。
たたくと冷える冷却パックの吸熱反応実生活
スポーツのけがの応急処置に使う瞬間冷却パックは、袋を押して中の仕切りを破り、硝酸アンモニウムを水にとかすことで温度を下げています。物質が水にとけるときに周囲から熱を吸収する吸熱反応で、火や電気を使わずに短時間だけ冷やせるのが特徴です。
酸性の川を石灰で中和して魚がすめる川に実生活
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地下の熱を利用する地熱発電と温泉発展
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光合成をまねる「人工光合成」の研究発展
植物の光合成は、太陽の光エネルギーを使って二酸化炭素と水からデンプンなどをつくる吸熱反応で、光エネルギーを化学エネルギーとしてたくわえています。これをまねて、太陽光と二酸化炭素・水から有用な化学品や燃料をつくる「人工光合成」の研究が進められ、脱炭素社会の技術として期待されています。