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化学反応式

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耳たこ化学基礎の「化学反応式」のページとなります。
[   ] や表の空欄をクリックすると答えが表示されます。
また、ページをリロード(再読み込み)すると再度空欄になるので、何度も繰り返して暗記していきましょう!

 

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化学反応式

物理変化と化学変化

[ 変化 ] 物質の [ 用語 ] が変わる変化。
[ 変化 ] 物質が別の物質に変わる変化。
[ 反応 ] ともいう。

化学反応式のイオン反応式

化学反応式

物質の [ 変化 ] の過程を、[ ] や [ ] を用いて表した式。
化学反応式の作り方

① [ 用語 ] を左辺、[ 用語 ] を右辺に書き両辺を→で結ぶ。
② 両辺の [ ] が同じになるように係数を付ける。
③ [ 用語 ] や [ 用語 ] などの反応に関係のない物質は反応式中には書かない。
イオン反応式

反応に関係する [ 粒子 ] だけを表した式。両辺の [ 用語 ] の総和が等しくなるようにする。

化学反応式と目算法

[ 用語 ] を左辺に、[ 用語 ] を右辺に書き、→で結ぶ。
分子内の原子の種類や数が最も [ 多少 ] 分子の係数を[ ] とする
分子内の原子で、出てくる回数の [ 多少 ] 原子から両辺の数を合わせていく。
係数が分数になったら、最後に両辺に同じ数をかけて [ ] としておく。

化学反応式と未定係数法

化学反応式の係数を [ 用語 ] で置く。
両辺の原子の数が同じになるので、各原子について [ ] を立てる。
連立方程式を解く。このとき未知数が多ければ \(a=1\) とおいて計算する。
係数が分数になったら、最後に両辺に同じ数をかけて [ ] としておく。

 

化学反応式の量的関係

化学反応式の係数と物質量

Point:化学反応式の量的関係

メタンの燃焼の化学反応式において、
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
この反応式と物質量の関係は、
 \(1~{\rm mol}\) 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。
となり、表にまとめると、

CH4 O2 CO2 H2O
物質量 \(1~{\rm mol}\) \(2~{\rm mol}\) \(1~{\rm mol}\) \(2~{\rm mol}\)
質量 \(16~{\rm g}\) \(64~{\rm g}\) \(44~{\rm g}\) \(36~{\rm g}\)
個数 \({\rm N_A}\) 個 \(2{\rm N_A}\) 個 \({\rm N_A}\) 個 \(2{\rm N_A}\) 個
体積 \(22.4~{\rm L}\) \(44.8~{\rm L}\) \(22.4~{\rm L}\)

この表より、比の式を作り計算していきます。

 

問題

標準状態で、\(11.2~{\rm L}\) のエタン C2H6 (分子量 \(30\)) を空気中で完全燃焼したところ、二酸化炭素 CO2 (分子量 \(44\)) と水 H2O (分子量 \(18\)) が生成した。酸素 O2 (分子量 \(32\)) として、次の問いに答えよ。
\({\small (1)}\) 化学反応式を答えよ。
\({\small (2)}\) 反応する O2 と生成する CO2 の体積 \([~{\rm L}~]\) をそれぞれ求めよ。
\({\small (3)}\) 反応する O2 と生成する H2O の質量 \([~{\rm g}~]\) をそれぞれ求めよ。
\({\small (4)}\) 同体積のエタン C2H6 と酸素 O2 \(22.4~{\rm L}\) を密閉容器に入れて完全燃焼させたとき、容器内に残った気体の種類とそれぞれの体積を求めよ。

[ 解答と解説を見る ]

\({\small (1)}\) 反応物が C2H6、O2 で生成物が CO2、H2O より、

 ( )C2H6 + ( )O2 → ( )CO2 + ( )H2O

まず、C2H6 の炭素原子 C の数が \(2\) より、CO2 の係数が \(2\) となる。
また、水素原子 H の数が \(6\) より、H2O の係数が \(3\) となる。

 ( )C2H6 + ( )O2 → 2CO2 + 3H2O

次に、右辺の酸素原子 O の数は、2CO2 より4個、3H2O より3個あり合計7個となる。
これより、左辺の O2 の係数は \({\large \frac{7}{2}}\) となる。

 ( )C2H6 + \({\large \frac{7}{2}}\) O2 → 2CO2 + 3H2O

係数を整数とするために、両辺に \(2\) をかけると、

 2C2H6 + 7O2 → 2CO2 + 3H2O


\({\small (2)}\) 反応する O2 を \(x~{\rm L}\)、生成する CO2 を \(y~{\rm L}\) として、表にまとめると、

2C2H6 7O2 2CO2 3H2O
\(11.2~{\rm L}\) \(x~{\rm L}\) \(y~{\rm L}\)

反応する O2 について、表から係数の比より式を作ると、$$\hspace{ 12 pt}\frac{2}{11.2}=\frac{7}{x}$$$$\hspace{ 10 pt}2\times x=7\times11.2$$$$\hspace{ 24 pt}2x=78.4$$両辺を \(2\) で割ると、$$\hspace{ 10 pt}x=39.2$$
次に、生成する CO2 について表から係数の比より式を作ると、$$\hspace{ 12 pt}\frac{2}{11.2}=\frac{4}{y}$$$$\hspace{ 10 pt}2\times y=4\times11.2$$$$\hspace{ 25 pt}2y=44.8$$両辺を \(2\) で割ると、$$\hspace{ 10 pt}y=22.4$$
よって、答えは O2 \(39.2~{\rm L}\)、CO2 \(22.4~{\rm L}\) となる。


\({\small (3)}\) エタン C2H6 は \(11.2~{\rm L}\) であるので、\(z~{\rm mol}\) とすると、

C2H6 \(1~{\rm mol}\) \(22.4~{\rm L}\)
\(z~{\rm mol}\) \(11.2~{\rm L}\)

表より、式を作ると$$\hspace{ 10 pt}\frac{1}{z}=\frac{22.4}{11.2}$$$$\hspace{ 10 pt}\frac{1}{z}=2$$逆数をとると、$$\hspace{ 10 pt}z=\frac{1}{2}$$$$\hspace{ 18 pt}=0.5$$よって、\(0.5~{\rm mol}\) となる。

次に反応する O2 の物質量を \(n_1~[~{\rm mol}~]\)、 H2O の物質量を \(n_2~[~{\rm mol}~]\) とし、表にまとめると

2C2H6 7O2 2CO2 3H2O
\(0.5~[~{\rm mol}~]\) \(n_1~[~{\rm mol}~]\) \(n_2~[~{\rm mol}~]\)

反応する O2 について、表より式を作ると$$\hspace{ 22 pt}\frac{2}{0.5}=\frac{7}{n_1}$$$$\hspace{ 10 pt}2\times n_1=7\times0.5$$両辺を \(2\) で割ると、$$\hspace{ 10 pt}n_1=\frac{7\times0.5}{2}$$$$\hspace{ 23 pt}=1.75~[~{\rm mol}~]$$O2 の分子量が \(32\) より、$$\hspace{ 10 pt}32\times 1.75=56~[~{\rm g}~]$$
次に、生成する H2O について、表より式を作ると$$\hspace{ 21 pt}\frac{2}{0.5}=\frac{6}{n_2}$$$$\hspace{ 10 pt}2\times n_2=6\times0.5$$両辺を \(2\) で割ると、$$\hspace{ 10 pt}n_2=\frac{6\times0.5}{2}$$$$\hspace{ 23 pt}=1.5~[~{\rm mol}~]$$H2O の分子量が \(18\) より、$$\hspace{ 10 pt}18\times 1.5=27~[~{\rm g}~]$$
よって、答えは O2 が \(56~{\rm g}\) 、H2O が \(27~{\rm g}\) となる。


\({\small (4)}\) エタン C2H6 と酸素 O2 の反応比が \(2:7\) より、
エタンC2H6 \(11.2~{\rm L}\) と反応できる酸素 O2 の体積 \(V_1~{\rm L}\) は、$$\hspace{ 17 pt}\frac{2}{11.2}=\frac{7}{V_1}$$$$\hspace{ 10 pt}2\times V_1=7\times 11.2$$両辺を \(2\) で割ると、$$\hspace{ 10 pt} V_1=39.2~[~{\rm L}~]$$ただし、酸素 O2 は、\(22.4~{\rm L}\) しかないのでエタン C2H6 はすべて反応しない。

次に酸素 O2 \(22.4~{\rm L}\) と反応できるエタンC2H6の体積 \(V_2~{\rm L}\) は、$$\hspace{ 32 pt}\frac{2}{V_2}=\frac{7}{22.4}$$$$\hspace{ 10 pt}2\times 22.4=7\times V_2$$両辺を入れ替えて、両辺を \(7\) で割ると、$$\hspace{ 10 pt} V_2=6.4~[~{\rm L}~]$$よって、エタン C2H6 は \(11.2~{\rm L}\) あるので、酸素 O_2 はすべて反応して、エタン C2H6 が残る。
また、このとき生成する CO2 の体積を \(V_3~{\rm L}\) とすると、$$\hspace{ 16 pt}\frac{7}{22.4}=\frac{4}{V_3}$$$$\hspace{ 10 pt}7\times V_3=4\times 22.4$$両辺を \(7\) で割ると、$$\hspace{ 10 pt} V_3=12.8~[~{\rm L}~]$$
表にまとめると、

2C2H6 7O2 2CO2 3H2O
\(11.2~{\rm L}\) \(22.4~{\rm L}\) \(0~{\rm L}\)
変化 \(-6.4~{\rm L}\) \(-22.4~{\rm L}\) \(+12.8~{\rm L}\)
\(4.8~{\rm L}\) \(0~{\rm L}\) \(12.8~{\rm L}\)

よって、反応後に残っている気体は、エタン C2H6 \(4.8~{\rm L}\) と二酸化炭素 CO2 \(12.8~{\rm L}\) となる。

 

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