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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 ][ ふりがな ]

物質ぶっしつ[ 用語 ][ ふりがな ] が変わる変化へんか
 気体きたい液体えきたい固体こたい
[ 変化 ][ ふりがな ]

物質ぶっしつべつ物質ぶっしつに変わる変化へんか
[ 反応 ][ ふりがな ] ともいう。

化学反応式のイオン反応式

化学反応式かがくはんのうしき

物質ぶっしつ[ 変化 ][ ふりがな ]過程かていを、[ ][ ふりがな ][ ][ ふりがな ]もちいてあらわした式。
化学反応式かがくはんのうしきの作り方

[ 用語 ][ ふりがな ]左辺さへん[ 用語 ][ ふりがな ]右辺うへんに書き両辺りょうへんを「→」でむすぶ。
両辺りょうへん[ 何の数 ][ ふりがな ] が同じになるように係数けいすうける。
[ 用語 ][ ふりがな ][ 用語 ][ ふりがな ] などの反応はんのう関係かんけいのない物質ぶっしつ反応式はんのうしき中には書かない。
・イオン反応式はんのうしき

反応はんのう関係かんけいする [ 粒子 ] だけをあらわした式。両辺りょうへん[ 用語 ][ ふりがな ]総和そうわひとしくなるようにする。

化学反応式と目算法

目算法もくさんほう
[ 用語 ][ ふりがな ]左辺さへんに、[ 用語 ][ ふりがな ]右辺うへんに書き、「→」でむすぶ。
分子内ぶんしない原子げんし種類しゅるいや数がもっとも [ 多少 ] 分子ぶんし係数けいすうを[ ] とする
分子内ぶんしない原子げんしで、出てくる回数かいすうの [ 多少 ] 原子げんしから両辺りょうへんの数をわせていく。
係数けいすうが分数になったら、最後に両辺りょうへんに同じ数をかけて [ ][ ふりがな ] としておく。

化学反応式と未定係数法

未定係数法みていけいすうほう
化学反応式かがくはんのうしき係数けいすうを [ 用語 ] でく。
両辺りょうへん原子げんしの数が同じになるので、各原子かくげんしについて [ ] をてる。
連立方程式れんりつほうていしきく。このとき未知数みちすうが多ければ \(a=1\) とおいて計算する。
係数けいすう分数ぶんすくになったら、最後に両辺りょうへんに同じ数をかけて [ ][ ふりがな ] 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 O₂ 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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