問1
★
発熱反応
発熱反応が起こると、周りの温度はどうなるか。
- ア上がる
- イ下がる
- ウ変わらない
答えを見る
答えア
発熱反応は、熱をまわりに出す。
中学理科 / 化学分野
Unit 06
発熱反応・吸熱反応
燃焼はなぜ熱くなる？冷却パックはなぜ冷たい？
化学変化とエネルギーの関係を発熱・吸熱で整理しよう。
🔥 発熱反応❄️ 吸熱反応🧯 カイロのしくみ
1
化学変化とエネルギー
使い捨てカイロを開けると温かくなり、冷却パックをもむと冷たくなる。どちらも化学変化だが、片方は熱を出し(発熱反応)、もう片方は熱を吸収する(吸熱反応)という正反対の性質を持っている。
化学変化が起こるとき、エネルギーが出たり吸収されたりする。 熱が出る反応を発熱反応、熱が吸収される反応を吸熱反応という。
図1：発熱反応は反応後にエネルギーが低くなり熱を放出。吸熱反応は熱を周りから吸収して高いエネルギー状態になる。
💡 なぜ化学変化でエネルギーの出入りが起こるのか？
物質の中の原子どうしを結びつけている「結合」には、それぞれ固有のエネルギーが蓄えられている。化学変化とは、結合を切って新しい結合を作りなおすことであり、切るときにはエネルギーが必要、作るときにはエネルギーが放出される。反応前後で結合のエネルギーの合計に差があるため、その差の分だけ熱として出入りする。
高校化学では、このエネルギーの出入りを「反応エンタルピー」という具体的な数値(kJ/mol)で表し、複数の反応を組み合わせたときの熱量を計算する「ヘスの法則」まで学ぶ。エネルギー図も、より精密なグラフとして扱われるようになる。高校化学・単元5と関連
📖 高校化学「ヘスの法則とエネルギー図」を見てみる
2
発熱反応の例
ものが燃えるとき（燃焼）、鉄がゆっくり錆びるとき、酸とアルカリが混ざるとき（中和）——これらはすべて発熱反応の仲間。使い捨てカイロは、鉄がゆっくり酸化する発熱反応を利用したものである。
🔥 おもな発熱反応
| 反応 | 化学反応式 | 身近な例 |
|---|---|---|
| 燃焼（炭素） | C + O₂ → CO₂ | 木炭・バーベキュー |
| 燃焼（水素） | 2H₂ + O₂ → 2H₂O | 水素自動車・燃料電池 |
| 鉄の酸化（遅い） | 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃ | カイロ・鉄の錆 |
| 中和反応 | HCl + NaOH → NaCl + H₂O | 胃薬（酸を中和） |
🔑 POINT — カイロのしくみ
使い捨てカイロは鉄粉が空気中の酸素とゆっくり反応する鉄の酸化（発熱反応）を利用している。 塩水や活性炭が反応の速度調整役になっている。
❌ よくある誤解
誤：発熱反応は、火をつけなくても勝手に始まる反応のことである
正：発熱反応かどうかは「反応後にどれだけ熱を出すか」で決まり、反応を始めるために外部から熱（着火など）が必要かどうかとは別の話である。木炭の燃焼は着火が必要だが、燃え始めれば大量の熱を放出する発熱反応
「反応を始めるための熱」と「反応が全体として出す熱」を混同しないこと。カイロの鉄の酸化のように、着火なしで自然に始まり、ゆっくり熱を放出し続ける発熱反応もある。
高校化学では、鉄の酸化のように反応が「始まるまでの反応速度」を、活性化エネルギーという考え方で説明する。反応が発熱するかどうかとは別に、どれだけ速く進むかを決めるのが活性化エネルギーであり、触媒によって速度を変えられることも学ぶ。高校化学・単元8と関連
📖 高校化学「活性化エネルギーと触媒」を見てみる
3
吸熱反応の例
炭酸水素ナトリウム（重曹）とクエン酸を混ぜると、シュワシュワと泡（CO₂）が出ながら、まわりが冷たくなる。これは反応が周りから熱を奪っている証拠——吸熱反応の代表例である。
❄️ おもな吸熱反応
| 反応 | 変化 | 特徴 |
|---|---|---|
| 炭酸水素ナトリウム + 酢（クエン酸） | NaHCO₃ + 有機酸 → CO₂ + 水 + 塩 | 混ぜると冷たくなる |
| 炭酸水素ナトリウムの熱分解 | 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂ | 加熱で分解（ベーキングパウダーの膨張） |
| 光合成 | 6CO₂ + 6H₂O + 光 → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ | 光エネルギーを吸収して有機物を合成 |
⚠️ 「加熱が必要 → 必ず吸熱反応」ではない。最初に熱を与えないと始まらない反応（活性化エネルギー）でも、反応全体として発熱する場合がある（例：燃焼は着火が必要だが発熱反応）。
❌ よくある誤解
誤：光合成は、植物が「エネルギーを作り出している」反応である
正：光合成は、太陽の光エネルギーを吸収して、それをデンプンなどの有機物の中に化学エネルギーとして蓄える吸熱反応である。エネルギーを新しく作っているのではなく、光のエネルギーを物質のエネルギーに変換している
エネルギーは「作られる」のではなく、「姿を変えて移動する」だけ、というエネルギー保存の考え方が背景にある。
高校化学では、発熱反応・吸熱反応を「反応エンタルピー ΔH」の符号（発熱はマイナス、吸熱はプラス）で表す。燃焼エンタルピー・生成エンタルピー・溶解エンタルピーなど、反応の種類ごとに名前がついた反応エンタルピーを使い分けられるようになる。高校化学・単元5と関連
📖 高校化学「反応エンタルピーの種類」を見てみる
🎯 テストでの問われ方
定期テストでは、実験結果（温度変化のグラフ）から発熱反応か吸熱反応かを判断させる問題、化学カイロ・冷却パックのしくみを化学反応式と結びつけて説明させる問題が頻出。高校入試でも、身近な現象（燃焼・中和・重曹の反応）を発熱・吸熱に分類させる問題がよく出る。
🎯 練習問題
まず自分で解いてから、「答えを見る」を押して確かめよう。
問2
★
カイロのしくみ
使い捨てカイロは、ある金属の粉が空気中の酸素とゆっくり反応するときに出る熱を利用している。この金属は何か。
答えを見る
答え鉄
鉄の酸化（発熱反応）を利用している。
問3
★★
吸熱反応
次のうち、吸熱反応はどれか。
- ア木炭の燃焼
- イ塩酸と水酸化ナトリウムの中和
- ウ鉄の酸化
- エ炭酸水素ナトリウムとクエン酸の反応
答えを見る
答えエ
ほかの3つは、熱を出す発熱反応。
問4
★★
化学反応式と原子の数
水素の燃焼の化学反応式 2H₂ + O₂ → 2H₂O で、右辺（2H₂O）に含まれる水素原子は何個か。
答えを見る
答え4個
係数2 × H₂O の H 2個。
問5
★★
発熱と吸熱の見分け
次の文は正しいか、誤りか。
「反応を始めるために加熱が必要な反応は、必ず吸熱反応である。」
答えを見る
答え誤り
燃焼は着火が必要だが、発熱反応である。
問6
★★★
化学反応式と原子の数
鉄の酸化の化学反応式 4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃ で、右辺（2Fe₂O₃）に含まれる酸素原子は何個か。
答えを見る
答え6個
係数2 × Fe₂O₃ の O 3個。
✅ この単元のまとめ
- 発熱反応：熱を放出し、周囲の温度が上がる（燃焼・鉄の酸化・中和など）
- 吸熱反応：熱を吸収し、周囲の温度が下がる（炭酸水素ナトリウム＋酸など）
- カイロ：鉄の酸化（発熱反応）を利用
- 冷却パック：熱を吸収する変化（硝酸アンモニウムが水に溶けるときの吸熱など）を利用
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