化学反応式に係数をつける方法

この記事には:原子数を書き出して係数を決める未定係数法出典

化学反応式とは化学反応を化学式で書き表したものです。反応する化学物質は左側に書き、生成する化学物質は右側に書きます。質量保存の法則により、化学反応において原子は新しく創られることもなければ壊れて失くなることもありません。それゆえ反応物の原子の総数と生成物の原子の総数は等しくなります。ここでは、原子の総数を合わせて化学反応式に係数をつける方法について学んでいきましょう。

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原子数を書き出して係数を決める

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    与えられた反応式をノートに書き出します。例えば、次のようなものです。
    • C3H8 + O2 --> H2O + CO2
    • この反応ではプロパン(C3H8)が燃焼して酸素と結びつき、水と二酸化炭素が生成しています。
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    左辺と右辺それぞれの原子数を元素ごとに書き出します。原子の右下の添え数字を見ると、反応式中の原子数がわかります。
    • 左辺:炭素3、水素8、酸素2
    • 右辺:炭素1、水素2、酸素3
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    酸素と水素の数は常に最後に考えます。
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    どの元素を先に合わせるか迷った場合、右辺と左辺のどちらにおいても分子を1つだけ作っている元素に着目します。この反応式では最初に炭素の係数を合わせます。
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    右辺の炭素に係数を付けることで、左辺の炭素原子数の3と一致させます。
    • C3H8 + O2 --> H2O + 3CO2
    • 右辺の炭素の係数3は炭素原子が3つあることを表しており、左辺の炭素についている添え数字3も炭素原子が3つあることを表しています。
    • 化学反応式において、係数は変えることができますが、元素についている添え数字は変えることができません。
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    次に水素の原子数を合わせます。左辺に8つあるため、右辺にも8つの水素原子が必要です。
    • C3H8 + O2 --> 4H2O + 3CO2
    • 右辺において、水素の添え数字は2です。したがって、すでに水素原子が2つあることが分かります。ここで係数4を付け加えます。
    • 係数4と添え数字2をかけると、原子数の8になります。
    • 酸素原子は4H2Oに4つ、3CO2に6つ含まれています。(水に含まれる酸素原子4+ 二酸化炭素に含まれる酸素原子6=10)
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    酸素の原子数を合わせます。
    • 右辺の分子に係数を付けたので酸素の原子数が変わりました。水に含まれる酸素原子は4つ、二酸化炭素に含まれる酸素原子は6つです。合計で10になります。
    • 左辺の酸素分子の係数を5にします。これで両辺の酸素原子数がそれぞれ10になりました。
    • C3H8 + 5O2 --> 4H2O + 3CO2
    • 炭素、水素、酸素それぞれの原子数がそろいました。化学反応式の完成です。

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未定係数法

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    文字と化学式を使って化学反応式を書きます。化学反応式を書いたら、a=1とおきます。
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    係数には変数である文字を使います。
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    反応物の原子数と生成物の原子数を元素ごとに比べて、方程式を作ります。
    • aPCl5 + bH2O = cH3PO4 + dHClにおいて、Pの原子数を比べてa=c=1、Clの原子数を比べて5a=d、Hの原子数を比べて2b=3c+dという3つの式が得られます。この3つの式を連立方程式の代入法で解くと、a=1 b=4 c=1 d=5という係数が導かれます。

ポイント

  • 行き詰まった時にはインターネットで係数を調べることができます。ただし、テストではインターネットを使えないため、今回紹介した方法で解を導けるようになりましょう。
  • 係数は既約となる整数を使います。
  • 複雑な化学反応式を解く場合は、未定係数法が最適です。
  • 実際にノートに書き出して考えると理解が深まります。

注意事項

  • 化学反応式において、分数を係数として使うことはできません。化学反応では、一つの分子または原子はそれ以上細かく分割できないからです。
  • 係数を合わせる計算過程で分数を使う場合があります。しかし、係数は既約となる整数に直して表記する必要があります。
  • 係数が分数となるときは、両辺に分母の数をかけて整数にします。

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カテゴリ: 化学 | 学び・コミュニケーション

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