センター試験の定量的計算はこう解け!〜序章〜
みなさんこんにちは。
今回初投稿となりますがよろしくお願いします。
さて、センター化学大問1に出てくる定量的(重さなどの意味です)な計算につまづく人も多いと思います。しかし、いきなりセンターレベルはなかなか解けないと思いますので、基礎問題からチャレンジしていきましょう！
では例題です！
問題
メタンCH4を燃焼させると二酸化炭素を生じる。4.0gのメタンから二酸化炭素は何g生じるか。また、その体積は標準状態何lか。ただし、原子量はH＝1.0、C＝12、O＝16とする。
さて、まずはここまで画面を持ってきて、一旦考えてみましょう！
もし見ちゃったら･･･見てないことにして考えてくださいね！
解説
まず、単語から説明していきましょう。
標準状態･･･温度が0℃であり、圧力が
Paである状態のことを指します。あた、この条件の場合、1mol＝22.4lの体積になるのも特徴のひとつです。
この条件はよく出てきますので覚えておきましょう。
原子量･･･1molあたりの重さ(g)
ではまず、反応式から作っていきましょう。
今回は燃焼と書いていますね？有機物の燃焼反応は基本的に二酸化炭素と水が発生します。
しかし、まれにですがそうではないこともあるので注意してくださいね？
じゃあそうじゃない時ってなんだ！ってなると思うので例を挙げておきましょう。
例）塩化ビニル、ブタジエン系などの樹脂等
ダイオキシンとか聞いたことありますよね？あれも燃焼の時に発生してるんです！
ではでは、今回のメタンの燃焼式を書いていきましょう！
CH4＋2O2＝CO2＋2H2O
このようになります！
わかっている人もいると思いますが、Oの前に２という数字が付いていますが、これは反応比と言って、どの物質がどのくらいの量で反応するかを表します。ちなみに量はグラムではなくmolなので注意を！
では、次に必要なのが、各物質の物質量molを調べなくてはなりません。
その理由は皆さんならもうわかりますよね？そう！反応比を使うからmolに直さなくてはいけないんです！
ではg→molの変換の計算を習得しましょう！
計算に必要な材料は原子量が必要になります。原子量とは1molあたりの重さ(g)でしたね？単位で表すと原子量(g/mol)となります。
化学や物理が苦手という人で単位計算が分からないという人をたまに見かけますが、単位計算は消していくというのがキーワードです！
は？ってなる人もいるかもしれないので、お見せします！
ではメタンのmolを求めます。
メタンは分子なので分子量を求めます。
分子量とは原子量をその分子が持っている原子の数だけ足していくだけです！
メタンだったらCが１個、Hが4個なので･･･
12+(1×4)＝16となります。
ということで、メタンの分子量は16(g/mol)です。
ではいよいよ物質量molに変換しましょう！
molに変換するので、最後にmolが残るようにしましょう！
条件は4.0gのメタンの物質量を求めるので･･･
4.0(g)÷16(g/mol) この式を掛け算に直すと、数字と単位が逆になる！
4.0(g)×1/16(mol/g) gは上と下、どっちにもあるので、打ち消します。つまりこの計算は物質量を求められる！
＝0.25mol
です！知らなかった人は覚えててくださいね！
では、残りの物質のmolを反応比で求めていきましょう。
O2の反応比は2なので反応比が1であるメタンの2倍のmolである。つまり、0.5mol
同様にCO2＝0.25mol H2O＝0.5mol
となります。
今回は二酸化炭素の重さを求める問題でしたので、molを今度はgに変換します。これは今さっきmolに変換した計算を逆にするだけです。
CO2の分子量は12+(16×2)＝44(g/mol)
ちなみにですが二酸化炭素の分子量が44というのは覚えておくことをおすすめします！よく出てくるので･･･
これより、二酸化炭素の質量は
0.25(mol)×44(g/mol)
＝11.0(g)
さて、問題もあと一つです！頑張りましょう！
標準状態において、二酸化炭素の体積が何リットルか？という問題です。
標準状態を説明した時にも言いましたが、標準状態では1(mol)＝22.4(l)となります。
数学的に解けば
1(mol):22.4(l)＝0.25(mol):x
x＝5.6(l)
となります。
しかし、こんな計算はなるべく頭ですぐ解けるようになってください！
まぁでも時には難しい計算にもなるので、計算としてはこれが正しいです！
ではポイントをまとめていきましょう！
ポイント
1.反応式を書く！
2.原子量を使って各分子量を求める！
3.反応比を用いて各分子の物質量(mol)を求める！
4.物質量(mol)から二酸化炭素の質量(g)を求める！
5.物質量(mol)から二酸化炭素の体積(l)を求める！
さて、ずいぶんと長くなってしまいましたが、これで解説は終わりです。
最後に演習問題を解いて、実力を確かめてみましょう！
演習問題
炭化カルシウム(CaC2)3.2gを水と完全に反応させてアセチレンを得た。このアセチレンを完全燃焼させるとき、消費される酸素は標準状態で何lか。
答えは下に書いておきますね！
A.＝2.8l
