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23_80 化学基礎:物質の変化 / 化学基礎:化学反応式

高校化学基礎 化学反応式の応用問題

著者名: 藤山不二雄
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化学反応式の問題を一緒に解いてみましょう!

標準状態において、2.4gのメタノール(CH4O)を完全燃焼させました。この時、以下の質問に答えなさい。


【1】発生する二酸化炭素は何molか

【2】水は何mol発生するか

【3】酸素は標準状態で何リットル必要になるか


まず問題を考える前にメタノールを完全燃焼させた場合に、どのような化学反応式を描くかを考えてみましょう。


メタノールは炭素「C」、水素「H」、酸素「O」から成り立っています。
完全燃焼させるということは、酸素とそれぞれを結びつかせるということです。
CとOが結びつくと二酸化炭素が、HとOが結びつくと水ができます。
そしてOはOと結びついても酸素のままと考えがちですが、完全燃焼なので酸素は残りません。
これを化学反応式に表すととなります。
係数を揃えて、となりますね。

ここまできてようやくスタートラインです。
では問題をみていきましょう。

【1】発生する二酸化炭素は何molか

覚えておいていただきたいのですが、化学反応式において 係数はmolの数と等しいです。

すなわち

の式をみれば答えはすぐにわかりますね。
二酸化炭素は2mol生じます。


…ここで終わり、と思ったあなた! よく問題を読んで下さい。
このが成り立つのはメタノールが、その原子量分すなわち32×2g存在しているときです。(×2なのはmolの分です)これを言い換えると、メタノール1molのときに二酸化炭素も1mol生じるということです。
しかし、問題で与えられているメタノールは2.4gしかありませんね。つまり1mol×2.4g/32g=0.075molが答えとなります。(1molは省略しても構いません)

しっかりと問題を読むこと。途中まで考え方があっているのに ケアレスミスはもったいないですよ!

【2】 水は何mol発生するか

この問題も【1】と同じアプローチで解くことができます。
より、メタノールが32×2gあれば水は4mol生じます。これを言い換えると、メタノール1molのときに水は2mol生じるということです。
しかしここで与えられているメタノールは2.4gなので、生じる水は
2mol×2.4g/32g=0.15molとなります。

【3】 酸素は標準状態で何リットル必要になるか

アプローチの仕方としては、こう考えます。
求められているものは標準状態における気体の体積です。
気体の体積を求めるためにはどうすればよかったでしょうか?

そう、モルに22.4lをかければいいですね!


22.4という値はわかっていますので、このモルをまず求めて行きましょう。
より、メタノールが2molを完全燃焼させるためには、酸素は3mol必要となります。(つまり1molのメタノールを燃焼させるには酸素が3/2mol必要ということになりますね)

つまり1molのメタノール(つまり32g)を燃焼させるために3/2mol必要です。
それではメタノール2.4gを燃焼させるためには何mol必要でしょうか。という問題を解けばいいということになります。求めるmolをxとおくと
32:3/2=2.4:x
X=0.1125molとなります。

つまり酸素は0.1125mol必要というわけですね。
設問では何リットル必要かときかれていますので、これに22.4lをかけます。
0.1125×22.4=2.52l
答えは2.52リットルの酸素が必要です。


このように、どのような計算をしたら答えに結びつくのかを問題を解く前に描くことが、うまく解答にたどり着くためのコツです。
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『チャート式 新化学Ⅰ』数研出版

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