化学量論
化学反応の前後では原子の種類と数が保存されます。化学反応式、物質量、モル質量の関係を使うと、反応する物質の質量や気体体積を計算できます。
基本事項
- (1) 化学反応式は、反応物側と生成物側で各元素の原子数が等しくなるように係数を付ける。化学式中の右下の数字は物質そのものを表すため、係数合わせのために変更しない。OpenStax「反応式と化学量論」
- (2) 化学反応式の係数比は、反応・生成する物質の物質量（mol）の比を表す。例えば CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O では、メタン1molに酸素2molが必要である。OpenStax「係数から求める量的関係」
- (3) 物質量のSI単位はmolであり、1molは正確に 6.022 140 76×10²³ 個の指定された要素粒子を含む。BIPM「SI基本単位 mol」
- (4) 相対分子質量は、分子を構成する各原子の相対原子質量の合計で求める。試験で C=12、H=1、O=16 と与えられた場合、CH₃OHは 12+4×1+16=32 である。IUPAC「標準原子量」
- (5) モル質量は物質1mol当たりの質量で、単位は g/mol などを用いる。試験で相対原子質量を整数で与える場合、CH₃OHのモル質量は32g/molとして扱う。IUPAC Gold Book「molar mass」
- (6) 物質量 n は、質量 m をモル質量 M で割って n=m/M で求める。例えばCH₃OH 64gは、64g÷32g/mol=2molである。IUPAC「質量÷物質量」
- (7) 要素粒子の数 N は N=nNₐ で求め、物質量 n は n=N/Nₐ で求める。Nₐはアボガドロ定数である。BIPM「アボガドロ定数とmol」
解き方
- 化学式を正しく読み、必要なら反応式の係数を合わせる。
- 質量が与えられたら、モル質量で割ってmolへ直す。
- 反応式の係数比を使って、求める物質のmolへ換算する。
- 求める量に応じて、molを質量・粒子数・気体体積へ直す。
ひっかけ
- 係数と化学式中の右下の数字を混同しない。
- 分子中の原子数を数えるときは、元素記号の直後の数字をその元素だけに掛ける。
- gとmolをそのまま係数比で比較せず、先にmolへ換算する。
- 「1mol」は質量の単位ではなく物質量の単位であり、1molの質量は物質ごとに異なる。
出典・参考
- BIPM SI base unit: mole（molとアボガドロ定数の現行定義）
- BIPM Mise en pratique for the definition of the mole（物質量・質量・粒子数の関係）
- IUPAC Periodic Table of Elements（標準原子量）
- 一般財団法人消防試験研究センター 甲種危険物取扱者試験・公開問題（molと完全燃焼計算の出題例）