化学反応式

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化学反応式

物質の反応を化学式を用いて表した式を○○式といい、反応する物質を用語、反応してできる物質を用語という。
化学反応式は左辺に用語、右辺に用語を書き、「→」で結び、両辺の何の数が同じになるように係数を付ける。このとき、化学反応式の用語は、反応物や生成物の用語と等しくなる。さらに、気体の場合は用語も等しくなる。
○○式とは、反応に関係する粒子だけを表した式であり、両辺の用語の総和が等しくなるようにする。

■ 化学反応式

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■ 化学反応式の表し方

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■ イオン反応式

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Point：化学反応式と目算法

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©︎ 2025 耳たこ高校化学暗記帳 ch.yorikuwa.com

問題｜化学反応式

次の化学反応式を係数を求めて、完成させよ。
\({\small (1)}~\)□C₂H₆ + □O₂ → □CO₂ + □H₂O
\({\small (2)}~\)□Cu + □Ag⁺ → □Cu²⁺ + □Ag

\({\small (1)}~\)□C₂H₆ + □O₂ → □CO₂ + □H₂O

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炭素原子Cに着目して、C₂H₆の係数を1とするとCO₂の係数は2となる

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　1 C₂H₆ + □O₂ → 2 CO₂ + □H₂O

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水素原子は左辺に6個あるので、右辺のH₂Oの係数は3となる

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　1 C₂H₆ + □O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O

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酸素原子は右辺に4+3=7個あるので、左辺のO₂の係数は \(\displaystyle \frac{\,7\,}{\,2\,}\) となる

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　1 C₂H₆ + \(\displaystyle \frac{\,7\,}{\,2\,}\) O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O

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係数は整数でないといけないので、両辺を2倍して整数とすると、

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　2 C₂H₆ + 7 O₂ → 4 CO₂ + 6 H₂O

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\({\small (2)}~\)□Cu + □Ag⁺ → □Cu²⁺ + □Ag

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両辺の電荷を揃えるために、銀(Ⅰ)イオンの係数は2となる

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　□Cu + 2 Ag⁺ → □Cu²⁺ + □Ag

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よって、右辺の銀原子の係数も2となり、銅原子と銅(Ⅱ)イオンの係数は1となる

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　Cu + 2 Ag⁺ → Cu²⁺ + 2 Ag

Point：化学反応式の量的関係

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メタンの燃焼における化学反応式において、

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　CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

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この化学反応式の係数より、
　\(1~{\rm mol}\) のCH₄と \(2~{\rm mol}\) のO₂が反応し、
　\(1~{\rm mol}\) のCO₂と \(2~{\rm mol}\) のH₂Oが生成する。

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この表より、比の式を作って計算する。

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問題｜化学反応式の量的関係

標準状態で、\(11.2~{\rm L}\) のプロパンC₃H₈（分子量 \(44\)）を空気中で完全燃焼したところ、CO₂（分子量 \(44\)）とH₂O（分子量 \(18\)）が生成した。
O₂（分子量 \(32\)）として、次の問いに答えよ。
\({\small (1)}~\)反応するO₂と生成するH₂Oの質量を求めよ。
\({\small (2)}~\)反応するO₂と生成するCO₂の体積を求めよ。
\({\small (3)}~\)プロパン \(11.2~{\rm L}\) と酸素 \(44.8~{\rm L}\) が反応するとき、残った気体の種類と体積を求めよ。

プロパンC₃H₈が完全燃焼したときの化学反応式は、

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　C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O

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\({\small (1)}~\)反応するO₂と生成するH₂Oの質量を求めよ。

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プロパンC₃H₈ \(11.2~{\rm L}\) の物質量は、

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これより、

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\(\begin{eqnarray}~~~\displaystyle \frac{\,1\,}{\,n\,}&=&\displaystyle \frac{\,22.4\,}{\,11.2\,}
\\[5pt]~~~n&=&0.5~{\rm mol}
\end{eqnarray}\)

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よって、プロパンC₃H₈の物質量は \(0.5~{\rm mol}\) となり、

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　C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O

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反応式の係数の比＝物質量の比となるので、

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　O₂は \(0.5{\, \small \times \,}5=2.5~{\rm mol}\)

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　CO₂は \(0.5{\, \small \times \,}3=1.5~{\rm mol}\)

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　H₂Oは \(0.5{\, \small \times \,}4=2.0~{\rm mol}\)

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よって、反応するO₂（分子量 \(32\)）は \(2.5~{\rm mol}\) より、

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　\(2.5{\, \small \times \,}32=80~{\rm g}\)

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生成するH₂Oの（分子量 \(18\)）は \(2.0~{\rm mol}\) より、

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　\(2.0{\, \small \times \,}18=36~{\rm g}\)

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したがって、O₂ \(80~{\rm g}\)、H₂O \(36~{\rm g}\)となる

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\({\small (2)}~\)反応するO₂と生成するCO₂の体積を求めよ。

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　C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O

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化学反応式において、係数の比＝気体の体積比であるので、

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よって、反応するO₂の体積 \(V_1~{\rm L}\) は、

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\(\begin{eqnarray}~~~\displaystyle \frac{\,1\,}{\,11.2\,}&=&\displaystyle \frac{\,5\,}{\,V_1\,}
\\[5pt]~~~V_1&=&5{\, \small \times \,}11.2
\\[3pt]~~~V_1&=&56.0~{\rm L}
\end{eqnarray}\)

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生成するCO₂の体積 \(V_2~{\rm L}\) は、
\(\begin{eqnarray}~~~\displaystyle \frac{\,1\,}{\,11.2\,}&=&\displaystyle \frac{\,3\,}{\,V_2\,}
\\[5pt]~~~V_2&=&3{\, \small \times \,}11.2
\\[3pt]~~~V_2&=&33.6~{\rm L}
\end{eqnarray}\)

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したがって、O₂ \(56.0~{\rm L}\)、CO₂ \(33.6~{\rm L}\)となる

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\({\small (3)}~\)プロパン \(11.2~{\rm L}\) と酸素 \(44.8~{\rm L}\) が反応するとき、残った気体の種類と体積を求めよ。

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酸素 \(44.8~{\rm L}\) の物質量は、

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\(\begin{eqnarray}~~~\displaystyle \frac{\,1\,}{\,n^{\prime}\,}&=&\displaystyle \frac{\,22.4\,}{\,44.8\,}
\\[5pt]~~~n^{\prime}&=&2.0~{\rm mol}
\end{eqnarray}\)

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これより、酸素 \(2.0~{\rm mol}\) となるが、
プロパンC₃H₈ \(11.2~{\rm L}\)、\(0.5~{\rm mol}\) と反応する酸素は \(2.5~{\rm mol}\) より、プロパンは完全に反応せずに残る

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酸素 \(2.0~{\rm mol}\) と反応するプロパンC₃H₈、生成するCO₂とH₂Oの物質量は、係数の比＝物質量の比となるので、

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　C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O

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　C₃H₈は \(2.0{\, \small \times \,}\displaystyle \frac{\,1\,}{\,5\,}=0.4~{\rm mol}\)

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　CO₂は \(2.0{\, \small \times \,}\displaystyle \frac{\,3\,}{\,5\,}=1.2~{\rm mol}\)

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　H₂Oは \(2.0{\, \small \times \,}\displaystyle \frac{\,4\,}{\,5\,}=1.6~{\rm mol}\)

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これより、反応後に残った気体は、
プロパンC₃H₈ \(0.5~{\rm mol}\) が \(0.4~{\rm mol}\) 反応して、\(0.1~{\rm mol}\) 残り、この体積は、

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　\(22.4{\, \small \times \,}0.1=2.24~{\rm L}\)

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生成するCO₂は、\(1.2~{\rm mol}\) より、この体積は、

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　\(22.4{\, \small \times \,}1.2=26.88~{\rm L}\)

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したがって、反応後に残る気体は、
　プロパンC₃H₈ \(2.24~{\rm L}\)
　二酸化炭素CO₂ \(26.9~{\rm L}\)
となる