物質 量 と 化学 反応 式。 化学反応式と物質量、について質問です。 係数比=反応する分子の数の比

化学反応式と物質量

物質 量 と 化学 反応 式

化学反応式と化学量論式 化学反応を取り扱う場合には化学反応式を考える場合が多い。 化学反応式は、反応に関わる成分の間での量的相互関係を表す。 そのため、化学工学などでは化学反応式を化学量論式や量論式ともいう。 次のような化学反応式を考える。 この反応式では mol の成分Aと molの成分Bが反応し、 molの成分Cが生成することを表す。 限定反応成分について 実際の反応では、各成分が量論係数の比率で供給されるのではなく、いずれかの原料成分が過剰に供給されることがある。 このとき、過剰でない反応原料を限定反応成分 Limiting reactant という。 また、限定反応成分も全てが反応せずに、その一部は未反応のままである場合もある。 上の化学反応式のうち限定反応成分をAとして、両辺を で割ると次の式のようになる。 反応率について 反応の進行状態を表すために、限定反応成分Aに対する反応率 を考える。 反応率 は限定反応成分Aの供給量に対してAがどれだけ反応したかを表す値である。 同様に成分B、成分Cについても考えることができる。 これをまとめると下の表のようになる。

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物質量と化学反応式(モルの計算)について教えてください

物質 量 と 化学 反応 式

物質量 amount of substance 量記号 n N 種類 (mol) 物質量(ぶっしつりょう、: amount of substance)は、物質の量を表すのひとつ である。 物質を構成する要素粒子の個数を 約 6. 要素粒子(: elementary entity)は物質ので表される。 普通は、の場合はが要素粒子であり、であればで書かれるものが要素粒子であり、ではが要素粒子である。 物質量は1971年に SI の7番目のに定められた。 表記する場合は、量記号はイタリック体の n、量の次元の記号はの N が推奨されている。 物質量のSI単位はであり、モルの単位記号は mol である。 的なとして見れば状態量に分類される。 モル数 [ ] 物質量は、古くは モル数(もるすう、: number of moles)と呼ばれていた。 「グラム数」を「質量」の同義語として使うべきではないのと同様に、物質量がの基本量に定められた現代においては「物質量」を指して「モル数」と呼ぶべきではない、とされている。 ただし、物質量分率 : amount-of-substance fraction, amount fraction と呼ぶべき量を : mole fraction と呼ぶことは、2009年現在も認められている。 物質量の比を モル比 もるひ、: mole ratio と呼ぶ。 の係数の比は、反応に関与する物質のモル比に等しい。 定義 [ ] 物質量は、要素粒子の個数に比例する。 ある物質の物質量を求めるには、まずその物質の要素粒子を指定しなければならない。 X で指定される要素粒子を以下、要素粒子 X と記す。 要素粒子 X の個数を N X 、アボガドロ定数を N A とすれば、物質量 n X は次の式で定義される。 アボガドロ定数の値や、その詳細は「」の記事を参照のこと。 また、物質量の歴史および単位の定義については「」の記事を参照のこと。 簡単な例 [ ] 水溶液 [ ] 容器に入った中の各物質の物質量を考える。 水の物質量 n H 2O は、食塩水に含まれる水 H 2O の数を N A で割ったものに等しい。 の物質量 n H は、食塩水に含まれる水素原子 H の数を N A で割ったものに等しい。 1個の H 2O 分子は2個の H 原子を含むので、 n H は n H 2O の2倍に等しい。 の物質量 n NaCl は、形式的には、食塩水に含まれる要素粒子 NaCl の数を N A で割ったものとして定義される。 しかし、食塩水中には化学式 NaCl で表される粒子は実際には存在しない。 この例のように要素粒子が仮想的な粒子であっても、食塩水中に含まれる塩化ナトリウムの m と後述する M NaCl とから物質量 n NaCl を求めることができる。 合金 [ ] 板に含まれる各の物質量を考える。 原子の物質量 n Fe は、板に含まれる鉄原子 Fe の数を N A で割ったものに等しい。 原子の物質量 n C は、板に含まれる炭素原子 C の数を N A で割ったものに等しい。 原子などの他の元素 E の物質量 n E も同様に、板に含まれる原子 E の数を N A で割ったものにそれぞれ等しい。 熱分解前の重曹の物質量を n NaHCO 3 とする。 一般に、化学反応式の係数の比は物質量の比(モル比)に等しい。 よって以下のことが言える。 物質の量を表す物理量 [ ] 粒子の個数と物質量 [ ] 日常的には、物質の量は「2リットルの水」のようにで表すか、「5キログラムの食塩」のようにで表すことが多い。 しかし、目に見える大きさの物質は、、、などの目に見えないほど小さな粒子(これらの粒子やこれら粒子の組み合わせを物質の要素粒子という)から構成されていて、不連続構造をもつ。 そのため、物質の量を、物質を構成する要素粒子の数で表すことも可能である。 目に見えるか見えないかくらいの少量の物質でも莫大な数の要素粒子からできているので、要素粒子の個数そのものではなく、要素粒子の個数を非常に大きな定数で割ったもので物質の量を表す。 この大きな定数をアボガドロ定数といい、要素粒子の個数をアボガドロ定数で割ったものを物質量という。 アボガドロ定数は物質の種類や温度、圧力などにはよらない定数なので、要素粒子の個数と同様に物質量でも物質の量を表すことができる。 この関係は分子・原子の種類や温度にはよらない。 三千兆個の水分子からなる水の物質量は 5 ナノモルであり、三千兆個の原子からなるの物質量も 5 ナノモルである。 また、三千兆個の水分子を含む水蒸気の物質量は、三千兆個の水分子から構成される氷の物質量と等しく、5 ナノモルである。 粒子の個数そのものは不連続な離散量であるが、それが莫大な個数なので、物質量は体積や質量と同様に連続量として扱える。 つまり、物質量を微分したり物質量で微分したりすることができる。 質量と物質量 [ ] 物質量は、に基づく量であるに比例する。 ここで係数 M X は物質 X のである。 モル質量は、アボガドロ定数と同様に温度や圧力にはよらないが、アボガドロ定数とは違って要素粒子の種類によって異なる。 すなわち、モル質量は要素粒子に固有の定数である。 したがって、1 グラムの水の物質量は 55. 5 ミリモルであるのに対して、1 グラムのダイヤモンドの物質量は 83. 3 ミリモルとなる。 ダイヤモンドのであるの要素粒子は、ダイヤモンドと同じく炭素原子である。 よって 1 グラムのグラファイトの物質量も 83. 3 ミリモルとなる。 また、1 グラムの水蒸気や氷の物質量は、どちらも H 2O を要素粒子とする物質なので 55. 5 ミリモルである。 要素粒子 X のモル質量は、化学式 X と元素の原子量とから計算できる。 よって要素粒子 X が現実には存在しない仮想的な粒子であっても、モル質量 M X を計算することができる。 例えば、食塩水の中には化学式 NaCl で表される粒子は存在しないので、食塩水中の要素粒子 NaCl は仮想的な粒子である。 このモル質量は食塩中の要素粒子 NaCl のモル質量に等しい。 体積と物質量 [ ] 気体(ガス)や液体の量を表すときは、体積が用いられることが多い。 また物質の三態()によっても違う。 したがって、体積で物質の量を表すときには、温度と圧力(と必要であれば相)を指定しなければならない。 さもないと、物質の量を表す他の物理量(粒子数、物質量、質量)との関係が曖昧になる。 ただし液体の場合は、液体のが小さいので、通常の目的には温度の指定だけで十分なことが多い。 気体の圧縮率は、液体の圧縮率と比べてずっと大きい。 そのため、気体の量を表す物理量として体積を用いる際には、圧力と温度の両方を指定しなければならない。 気体がとみなせる場合は、気体の体積 V と物質量 n の間に次の関係がある。 気体を理想気体とみなせる限りにおいては、気体の体積 V と物質量 n の間の関係式は気体の種類にはよらない。 で 1 mol の理想気体が占める体積を表に示す。 1 mol の理想気体の体積 0 273. 15 101325 22. 15 K 100000 Pa 22. 15 K 101325 Pa 24. 15 K 100000 Pa 24. 79 L 表中の 101325 Pa は 1 に等しく、100000 Pa は 1 に等しい。 要素粒子について [ ] 物質の名称だけで十分な場合 [ ] 要素粒子の選び方には幾分かの任意性があるので、物質の名称だけでは物質量が曖昧となる場合がある。 例えば「の物質量」という言い方では n S と n S 8 のどちらを指すか分からない。 このような物質の場合は、要素粒子を明示する必要がある。 しかし多くの場合、ではが、ではで書かれるものが、ではが要素粒子として選ばれるので、物質名だけで曖昧さなく物質量が定義できる。 では、大抵の場合、化合物の名称と分子の名称が一致するので、化合物名が要素粒子名になる。 は、物質名から組成式が導かれるようにされていることが多い。 例えば、の物質量は n NH 4 2SO 4 を、の物質量は n K 3[Fe CN 6] をそれぞれ意味する。 、、の物質量はそれぞれ、 n Au 、 n Ag 、 n Cu である。 他の金属も同様である。 要素粒子の指定が必要な場合 [ ] 物質の名称だけでは物質量が曖昧となる場合を、以下に例示する。 分子名と原子名が同じ物質 「の物質量」という言い方では n O 2 と n O のどちらを指すか分からない。 0 、1013 で 22. 4 の酸素ガスには、酸素分子であれば 1. 00 mol が、酸素原子であれば 2. 00 mol 含まれる。 「の物質量」や「の物質量」も同様である。 それに対して「の物質量」は n O 3 を、「の物質量」は n Ar を指すので曖昧さはない(オゾン原子やアルゴン分子が存在しないため)。 分子中の一部に注目する場合 であるがとしてと水を生成する場合には、硫酸分子の2個の水素がそれぞれ中和反応により1分子の水を生成するので、1 mol の硫酸は水素イオンの物質量としては 2 mol となる。 高分子化合物 モノマーユニットの繰り返しからなる化合物では、モノマーユニットを要素粒子とした物質量と高分子の分子自体を要素粒子とした物質量が、目的に応じて使い分けられる。 分子性物質であることが無視されがちな物質 先に述べたように、一種類の分子のみを含むでは分子が要素粒子とされていることが多い。 ただし、や、のように例外も多い。 このような場合は、 S 8、P 4O 10、Cu 2 CH 3COO 4• 2H 2O か S、P 2O 5、Cu CH 3COO 2• H 2O のどちらかを示して要素粒子を明示する。 不定比化合物 の組成式は、物質名からは分からない。 このような場合は組成式を明示して、それを要素粒子とする。 例えば Fe 0. 91S であれば、この物質の要素粒子を Fe 0. 91S とする。 要素粒子は、都合のよいように選ぶことができ、物理的に実在する個々の粒子である必要はない。 3 : 38. 7 である硫化鉄の要素粒子を Fe 0. 91S とすることができる。 例えば、は、窒素分子、酸素分子、アルゴン原子などからなる混合気体である。 SIの定義では、要素粒子は必ずしも同等の粒子とは限らない ので、乾燥空気 1mol という表現も許される。 乾燥空気の要素粒子は独立に並進運動する粒子であり、その状態方程式に現れる物質量 n は、独立に並進運動する粒子数をアボガドロ定数で割ったもの、すなわち窒素分子の数 + 酸素分子の数 + アルゴン原子の数 + 二酸化炭素分子の数 + … をアボガドロ定数で割ったものである。 要素粒子の存在を前提としない定義 [ ] 現実の物質は原子、分子、イオン、電子などあるいはこれらの集合体からなる不連続構造をもつ要素粒子から構成されるが、物質量はそれら要素粒子の存在を前提しなくても物質の量を表す概念として定義できる。 係数 M X や M X i は、物質あるいは成分ごとに任意に決められるので、物質系の熱力学的解析に便利なように決めることができる。 化学平衡にある物質系や化学反応が起こる過程では、のと物質 X に含まれるすべての元素のに基づいて M X を決めると解析が容易になる。 物質量が原子の存在を前提しなくても定義できることを強調したいならば、19世紀の化学者に倣って原子量という言葉を「当量」、「結合重量」、「比例数」などの言葉に置き換えてもよい。 いずれにせよ「元素の種類は個である」、「物質は有限個の元素からできている」、「各元素の原子量は物質の履歴に依らない」と仮定するなら、元素の原子量表を作成することができる。 三つの仮定に加えてさらに「」と仮定するなら、元素 E の物質量も保存する。 以上の前提のもとで、物質 X に含まれるすべての元素の質量分率を決定することができれば、物質 X のを決定することができる。 すなわち、要素粒子の存在を前提しなくても、古典的な重量分析により、物質 X の組成式を決定することができる。 組成式から計算したを係数 M X とすれば、定義式から物質 X の物質量が求まる。 組成式から計算した式量に適当な数を乗じたものを係数 M X としてもよい。 このときアセチレンのを CH と書くなら、ベンゼンの化学式は C 3H 3 になる。 他の物質についても同様な操作を施せば、を物質の種類に依存しない形で書き下すことができる。 メタンの化学式を CH 4 と書くなら、アセチレンの化学式は C 2H 2 に、ベンゼンの化学式は C 6H 6 になる。 ただし「各元素の原子量は物質の履歴に依らない」と仮定したので、ここでは 12 g のではなく、12. 011 g の炭素の物質量を 1 mol とした。 同位体の分離や濃縮を、要素粒子の存在を前提としないで熱力学的に取扱うには、「元素の原子量は物質の履歴に依らない」という仮定を除いて「化学元素は原子量の異なるのである」ことを認めれば良い。 さらに「元素の質量は保存する」という仮定を除けば、も要素粒子の存在を前提としないで熱力学的に取り扱うことができる。 歴史的な単位 [ ] 物質量を表す歴史的な単位として以下に挙げるようなものがあるが、ではモルのみの使用しか認めていないことから、のような公示文書や商品の計量表示ではモル以外の表記は推奨されない。 グラム原子 gram atom の物質量を表す単位で、原子 1 mol を含む単体が 1 グラム原子である。 例えば窒素 14. 01 g は 1 グラム原子になる。 グラム分子 gram molecule を形成する物質の物質量を表す単位で、分子 1 mol を含む物質が 1 グラム分子である。 例えば窒素 14. 01 g は 0. 5 グラム分子になる。 グラムイオン gram ion の物質量を表す単位で、イオン 1 mol が 1 グラムイオンである。 例えば 58. 44 g にはナトリウムイオン 1 グラムイオンと塩化物イオン 1 グラムイオンが含まれる。 グラム式量 gram formula mass 分子を形成しないような物質の物質量を表す単位で、その物質の1 molを含む物質が1グラム式量である。 例えば58. 44 gは1グラム式量になる。 gram equivalent 反応や反応に関与する物質の物質量を表す単位で、あるいは 1 mol を放出あるいは受容する物質量が 1 グラム当量である。 例えば 98. 08 g は 2 mol の水素イオンを放出するから 2 グラム当量である。 1グラム当量の物質を含む 1 L の溶液のが 1 である。 脚注 [ ] [] 注釈 [ ]• 体積、質量、分子数、原子数などでも物質 の量を表すことができる。 この呼称の是非については、には述べられていない。 このような物質をという。 によればは厳密には成り立たない。 そのため、グラファイト 1 モルあたりの質量は、ダイヤモンド 1 モルあたりの質量と厳密には異なる。 しかし、その差はのよりも小さいので通常は無視できる。 が起こらない限り、質量保存の法則は十分な精度で成り立っている。 食塩結晶中に NaCl 分子は存在しないが、結晶の繰り返し単位としての NaCl が存在する。 水以外の大抵の物質は、液相より固相の方が密度が大きい。 より、圧力が倍になると気体の体積は半分になる。 出典 [ ]• 4, p. 物質量, 『理化学辞典』、第5版、岩波書店• , p. 120. 64-65. 104• 132. 参考文献 [ ]• 国際単位系 SI 日本語版刊行委員『』独立行政法人産業技術総合研究所 計量標準総合センター、2006年、第 8 版日本語版。 2017年9月13日閲覧。 清水明『熱力学の基礎』、2007年。 キャレン『熱力学および統計物理入門(上)』小田垣孝訳、吉岡書店、1998年。 ブロック『化学の歴史 I』大野誠・梅田淳・菊池好行訳、朝倉書店、2003年。 Frey、H. Strauss『』産業技術総合研究所計量標準総合センター訳、講談社、2009年、第3版。 2017年9月13日閲覧。 ランドル『熱力学』ピッツアー、ブルワー改訂 三宅彰、田所佑士訳、岩波書店、1971年、第2版。 田崎晴明『熱力学 現代的な視点から』培風館〈新物理学シリーズ〉、2000年。 外部リンク [ ]• 2017年9月13日閲覧。 2017年9月13日閲覧。 2017年9月13日閲覧。

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化学反応式の係数が示す意味と気体反応の法則

物質 量 と 化学 反応 式

化学反応式と物質量の関係 化学反応式の係数は,分子などの粒子の 数の比を表しています。 例えば,エタノールの完全燃焼は次の化学反応式で表されます。 もちろん,エタノール2分子(さっきの2倍)が反応するならば酸素は6分子(さっきの2倍)が必要ですし,二酸化炭素は4分子(さっきの2倍),水は6分子(さっきの2倍)が生成します。 エタノールの完全燃焼において,最も簡単な整数比に直したときの1:3:2:3という 数の比は変わることがありません。 化学において,粒子の数を表す「物質量〔mol〕」で考えても,1molのエタノールが完全燃焼するためには酸素3molが必要です。 また,このとき二酸化炭素2molと水3molが生成します。 つまり, 化学反応式の係数の比は,物質量〔mol〕の比ということができます。 この関係は,計算問題に応用されます。 どれか1つの物質について物質量〔mol〕が求められれば,残りの物質についても反応に関わった物質量〔mol〕が求められるということです。 ただ,反応で消費されて減少するのか,生成して増加するのかには気を付けてください。 例えば,1. 5molのエタノールが完全燃焼したとします。 このとき,酸素は1. 5molが反応したことがわかります。 また,二酸化炭素は1. 0mol,水は1. 5molが生成したことがわかります。 5mol減少 4. 5mol減少 3. 0mol増加 4. 5mol増加 比 1 : 3 : 2 : 3 スポンサーリンク 化学反応式と質量の関係 前項で,化学反応式と物質量の関係から,反応に関わる物質の物質量〔mol〕を求めることができることを確認しました。 また,以前に分子量・式量と物質量〔mol〕から質量〔g〕を求める方法を確認しました()。 これを基に,エタノール1. 5molの完全燃焼における質量〔g〕の関係を確認します。 5mol=69g• 5mol=144g• 0mol=132g• 化学反応式の係数から物質量〔mol〕を求め,そこから質量〔g〕を求めるべきでしょう。 化学反応式の係数の比は物質量〔mol〕の比,つまり粒子の数の比を表しています。 物質が違えば,1個当たりの質量〔g〕も違います。 そのため,係数の比と質量〔g〕の比が同じにならないのです。 化学反応式と気体の体積の関係 物質量〔mol〕の比から,標準状態における気体の体積の比を考えます。 物質量〔mol〕から気体の体積〔L〕を求める方法も確認済みです()。 これを基に,エタノール1. 5molの完全燃焼における気体の体積〔L〕の関係を確認します。 エタノールは標準状態で液体なので,省略• 酸素の体積=22. 5mol=100. 二酸化炭素の体積=22. 0mol=67. 8L減少 67. そのため, 気体の体積〔L〕の比は,化学反応式の係数の比と等しくなります。 ただし, 標準状態ですべて気体として存在している物質の間でしか,この関係は成り立ちません。 スポンサーリンク.

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