２００４年１０月２７日（水）　04ko1-16　化学反応式と化学変化の量的関係

物質量がマスターできると，化学変化の量的関係について考えることができます。しかし，その前に必要なものがあります。それは化学反応式が正しくかけるということです。今日は，化学反応式と化学変化の量的関係についての勉強です。具体的には， （１）化学反応式 （２）イオン反応式 （３）モル濃度 （４）化学変化の量的関係 です。では，化学反応式からはじめましょう。中学校のときに，簡単な化学反応式を勉強しましたね。化学反応式にはどのようなきまりがありましたか。

１３　化学反応式と化学変化の量的関係 （１）化学反応式 　化学変化において，反応する物質（反応物）と生じる物質（生成物）の関係を，化学式を用いて示した式 　（例）ＮａＣｌ＋ＡｇＮＯ３→ＡｇＣｌ↓＋ＮａＮＯ３ 　　　　ＣａＣＯ３＋２ＨＣｌ→ＣａＣｌ２＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２↑ 　　　　化学反応式中の↓は沈殿の生成を，↑は気体の発生を示す。  ＜化学反応式のつくり方＞ 　１）反応物の化学式を左辺に，生成物の化学式を右辺にかいて，→で結ぶ。溶媒や触媒などはかき入れない。 　２）左辺と右辺でどの元素も原子の数が等しくなるように，化学式の前に係数をつける。係数は最も簡単な整数比で表し，１を省略する。

係数が簡単に決められない化学反応式があります。そのようなときには，係数を未知数とし，両辺の各原子数に関する連立方程式をつくり，その値を求める未定係数法という方法を使います。例えば，アセチレンＣ２Ｈ２を完全に燃やすと，二酸化炭素ＣＯ２と水Ｈ２Ｏができます。この化学反応式を考えてみましょう。 各化学式の係数をａ，ｂ，ｃ，ｄとおくと， ａ Ｃ２Ｈ２＋ｂ Ｏ２→ｃ ＣＯ２＋ｄ Ｈ２Ｏ となりますね。両辺の各原子の数は互いに等しいはずですから，次の関係が成り立ちます。 Ｃの係数から　２ａ ＝ｃ Ｈの係数から　２ａ ＝２ｄ Ｏの係数から　２ｂ ＝２ｃ ＋ｄ ａ を１とすると，ｃ ＝２，ｄ ＝１，ｂ ＝５/２ 係数は整数だから，全体を２倍すると，次の化学反応式が得られます。 ２Ｃ２Ｈ２＋５Ｏ２→４ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ 　　 　次はイオン反応式です。ＮａＣｌ＋ＡｇＮＯ３→ＡｇＣｌ↓＋ＮａＮＯ３　の反応について考えてみましょう。 　塩化ナトリウムは水溶液中でイオンに分かれていますね。ＮａＣｌ→Ｎａ＋＋Ｃｌ− 　硝酸銀も水溶液中でイオンに分かれています。ＡｇＮＯ３→Ａｇ＋＋ＮＯ３− 　生成した硝酸ナトリウムも水溶液中でイオンに分かれています。ＮａＮＯ３→Ｎａ＋＋ＮＯ３− 　すなわち，ナトリウムイオンＮａ＋と硝酸イオンＮＯ３−は，変化していないことになります。

（２）イオン反応式 　イオンが関係する反応において，反応しないイオンを省略した化学反応式 　左辺のもつ電気の量と右辺がもつ電気の量は等しい 　（化学反応式）　ＮａＣｌ＋ＡｇＮＯ３→ＡｇＣｌ↓＋ＮａＮＯ３ 　（反応しないイオンを消去）　Ａｇ＋＋ＮＯ３−＋Ｎａ＋＋Ｃｌ−→ＡｇＣｌ↓＋Ｎａ＋＋ＮＯ３− 　（イオン反応式）　Ａｇ＋＋Ｃｌ−→ＡｇＣｌ↓ 　 　（化学反応式）　ＣａＣＯ３＋２ＨＣｌ→ＣａＣｌ２＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２↑ 　（反応しないイオンを消去）　ＣａＣＯ３＋２Ｈ＋＋２Ｃｌ−→Ｃａ２＋＋２Ｃｌ−＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２↑ 　（イオン反応式）　ＣａＣＯ３＋２Ｈ＋→Ｃａ２＋＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２↑

濃度というと％濃度を思い出しますね。しかし，この濃度は溶媒の質量と溶液の質量の関係を表したものです。化学では，物質の質量より粒子の数を知りたいことが多いのです。そこで，モル濃度です。

（３）モル濃度 　溶液１ｌ あたりの溶質の物質量〔ｍｏｌ〕であらわした濃度 　ｎ/Ｖ 〔ｍｏｌ/ｌ 〕　ｎ：溶質の物質量〔ｍｏｌ〕，Ｖ ：溶液の体積〔ｌ 〕 　ｃ 〔ｍｏｌ/ｌ 〕の溶液をｖ 〔ｍｌ 〕とったとき，その溶液に含まれる溶質の物質量→ｃｖ /１０００〔ｍｏｌ〕

モル濃度で表される水溶液をつくるときは，メスフラスコを使います。メスフラスコの使い方を説明しましょう。１．００ｍｏｌ/ｌ の塩化ナトリウム水溶液をつくるには，１ｌ のメスフラスコを使うと便利です。塩化ナトリウム１ｍｏｌは５８．５ｇですから，５８．５ｇの塩化ナトリウムを溶かして，水溶液を１ｌ にすればよいのです。ただし，メスフラスコの中で塩化ナトリウムを溶かしてはいけません。溶解熱により容量が変化するかもしれないからです。ビーカーの中で塩化ナトリウムを水に溶かして，メスフラスコに移します。もっちろん何度もビーカーを水で洗う必要があります。洗液もメスフラスコに移します。最後に水を加え，水面を標線と一致させます。しかし，ここで終わりではありません。水溶液の濃度を均一にするため，よく振ることが必要です。活栓をして，口を下にしたり上にしたり繰り返します。 　それでは，最後に化学変化の量的関係について考えることにしましょう。化学反応式は２つのことを意味しています。

（４）化学変化の量的関係　 ＜化学反応式の意味＞ 　１）反応で変化する物質の種類を，物質の化学式で表す 　２）反応で変化する物質の粒子の数の比，すなわち物質量（ｍｏｌ）の比を，係数で表す ＜量的関係＞ （化学反応式）　２Ｈ２　　＋　　Ｏ２　　→　　２Ｈ２Ｏ（気） （物質量）　　　　２ｍｏｌ　　　　　１ｍｏｌ　　　　２ｍｏｌ （質量）　　　　　 ２×２．０ｇ　　 ３２．０ｇ　　　２×１８．０ｇ （体積）　　　　　 ２×２２．４ｌ　　２２．４ｌ　　　 ２×２２．４ｌ 体積は標準状態に換算したもの

次回は，実験で量的関係について調べてみます。炭酸カルシウムＣａＣＯ３に塩酸ＨＣｌを加えると，二酸化炭素ＣＯ２が発生しますね。この反応を，ビーカーの中で行うと，生成した二酸化炭素が逃げますから，その分質量が減少します。もし，質量の減少分を発生した二酸化炭素の質量と仮定すると，炭酸カルシウム，塩酸，二酸化炭素の量的関係がわかるはずですね。さて，どうなるでしょうか。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　今日の授業の学習内容の確認です。 １．化学変化において，反応する物質と生じる物質の関係を，化学式を用いて示した式を何といいますか？→化学反応式または反応式 ２．次の化学変化を，１の式を使って示しなさい。アセチレンが完全燃焼すると，二酸化炭素と水になる。→ ２Ｃ２Ｈ２＋５Ｏ２→４ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ ３．イオンが関係する反応において，反応しないイオンを省略した１の式を何といいますか？→イオン反応式 ４．次の化学変化を，３の式を使って示しなさい。硫酸銅（ＩＩ）水溶液に亜鉛を入れると，亜鉛はイオンになって水溶液に溶け，銅は金属の単体に変化する。→Ｃｕ２＋＋Ｚｎ→Ｃｕ＋Ｚｎ２＋ ５．密度１．１ｇ/ｃｍ３，質量パーセント濃度２０％の塩酸のモル濃度はいくらですか？→塩酸１ｌ の質量は，１０００×１．１＝１１００〔ｇ〕です。１１００ｇの塩酸には，塩化水素は１１００×２０/１００＝２２０〔ｇ〕の塩化水素が溶けています。２２０ｇの塩化水素は，塩化水素のモル質量が３６．５ｇ/molですから，２２０/３６．５＝６．０２…〔mol〕ですから，約６．０mol/ｌ となります。