高校化学、化学反応式、水酸化ナトリウム、二酸化炭素

テキストで書き込むとみにくいので、画像に書き込みました。
どなたかご教授いただけませんでしょうか。

No.2 ベストアンサー 回答者： yhr2 回答日時： 2022/09/18 12:42

書かれている数値は「mol」ですか？

まずは、物質の量の測り方である mol の考え方をきちんと理解しましょう。

原子であれ分子であれ、それを「アボガドロ定数」（= 6.02 × 10^23）の個数だけ集めると、それが「1 mol」の物質量になります。

そして、原子や分子を「アボガドロ定数」（= 6.02 × 10^23）の個数だけ集めると、その質量が「原子量」「分子量」「式量」に「グラム」を付けた数値になるのです。（というか、そうななるように決めた数値が「アボガドロ定数」（= 6.02 × 10^23）ということ。原子や分子１個は極めて軽いが、このぐらいの個数を集めると「グラム」のオーダーになる）
それが「mol」の意味です。

化学反応は分子・原子どうしで起こりますから、「同じ mol 数どうし」あるいは「反応式の係数に相当する mol 数どうしが反応する」ことになるので、物質の量を「mol」で表すと便利なのです。
「同じ mol なら原子・分子の個数が同じ」ということです。

つまり、例を挙げれば
・炭素（原子量12） を「アボガドロ定数」（= 6.02 × 10^23）の個数だけ集めると（つまり 1 mol の物質量）、その質量は 12グラム。ということは、炭素12 のモル質量は 12 g/mol。

・酸素（原子量16）を「アボガドロ定数」（= 6.02 × 10^23）の個数だけ集めると（つまり 1 mol の物質量）、その質量は 16グラム。ということは、酸素16 のモル質量は 16 g/mol。
　気体の酸素は酸素原子が2個結合した「分子：O2」の形なので、分子量は 32。従って酸素分子を「アボガドロ定数」（= 6.02 × 10^23）の個数だけ集めると（つまり 1 mol の物質量）、その質量は 32グラム。ということは、酸素ガスO2 のモル質量は 32 g/mol。

・CO2 （分子量44） を「アボガドロ定数」（= 6.02 × 10^23）の個数だけ集めると（つまり 1 mol の物質量）、その質量は 44グラム。ということは、CO2 （分子量44）のモル質量は 44 g/mol。


今回の質問の問題では「モル質量」は使わず、単に「mol 数」だけを使います。
「mol 数」は、「分子の個数」と考えればよいです。

① つまり、①の反応式
　2NaOH + CO2 → 2Na(+) + CO3(2-) + H2O
という式は
「NaOH 分子2個と CO2 分子1個が反応して、Na イオンが2個、CO3 イオンが1個、H2O 分子が1個できる」
ということで、これを「アボガドロ定数」個倍すれば
「NaOH 分子 2 mol と CO2 分子 1 molが反応して、Na イオンが 2 mol、CO3 イオンが 1 mol、H2O 分子が 1 molできる」　　　　(A)
ということと等価です。
mol で表せば、重さが「グラム」で表せる程度の量になりますから、これに「mol 質量 (=分子量）」をかければ、質量で
「NaOH 80 g と CO2 44 g が反応して、Na イオンが 46 g、CO3 イオンが 60 g、H2O が 18 g できる」
と表わすこともできるようになります。

反応式に書いてある係数は「過不足なく反応する mol 数」に相当しますが、「前・後」に書かれている数値は「実際に存在する mol 数」なのだと思います。
その2つを混同せずに考えないといけません。
「前」に書かれている mol 数のうち、実際に反応するのは何 mol か、何が何 mol 残るか、ということを考えないといけません。


お書きになった mol 数は、双方が過不足なく反応できる mol 数ではないので、どちらか一方が反応せずに残ります。
「NaOH 分子 2 mol と CO2 分子 1 molが反応する」なので、
「NaOH 分子 10 mol と CO2 分子 8 mol」では
「NaOH 分子 10 mol と CO2 分子 5 mol は反応するが、CO2 の 3 mol は反応できずに残る」
ということになります。
そして、全体の反応式では、(A) を5倍して
「NaOH 分子 10 mol と CO2 分子 5 molが反応して、Na イオンが 10 mol、CO3 イオンが 5 mol、H2O 分子が 5 molできる」　　　(A')
そして
「CO2 の 3 mol は反応できずに残る」
ということになります。

② そして、②の反応式は、上の「反応できずに残った 3 mol の CO2」の行く末が書いてあります。
ここでは
　CO2 + CO3(2-) + H2O → 2HCO3(-)
になると書いてあります。
つまり、上に書いたような読み方をすれば
「CO2 分子 1 mol と CO3(2-) イオン 1 mol と H2O 分子 1 mol が反応して、HCO3 イオンが 2 molできる」　　　　(B)
ということ。

①の結果から、実際に存在する mol 数は
・CO2 分子：反応せずに残った 3 mol
・CO3(2-) イオン：①の結果で生成した 5 mol
・H2O 分子：①の結果で生成した 5 mol
従って、(B) の反応は、最も少ない「CO2 分子：3 mol」が頭打ちで、CO2 が全量反応しても「CO3(2-) イオン の 2 mol、H2O 分子の 2 mol は反応できずに残る」ことになります。

よって、②では、(B) を3倍して
「CO2 分子 3 mol と CO3(2-) イオン 3 mol と H2O 分子 3 mol が反応して、HCO3 イオンが 6 molできる」　　　(B')
そして
「CO3(2-) イオン の 2 mol、H2O 分子の 2 mol は反応できずに残る」
ということになります。


ここまでが与えられた条件として、ここから何を求める問題なのでしょうか？
その後に書かれている
　NaOH + CO2 → Na(+) + HCO3(-)
の mol 数を書け、ということですか？

だとしたら、これは①と②を合わせて

　2NaOH + 2CO2 → (2NaOH + CO2) + CO2
→ [2Na(+) + CO3(2-) + H2O] + CO2
→ 2Na(+) + [CO3(2-) + H2O + CO2]
→ 2Na(+) + 2HCO3(-)

という (A')(B') の反応を経ることになるので、

・NaOH 分子 10 mol と CO2 分子 5 molが反応して、Na イオンが 10 mol 生成した

・反応で生成したCO3(2-) イオン：5 mol、H2O 分子：5 mol は、①で南濃せずに残った CO2 分子 3 mol と反応して、HCO3 イオンを 6 mol 生成した

・反応せずに残ったのは、CO3(2-) イオン：2 mol、H2O 分子：2 mol」

ということになります。

つまり、表に書けば
　　NaOH + CO2 → Na(+) + HCO3(-)
前：　10　　　８
後：　　0　　　0　　　10　　　6

mol 質量をかけて「質量保存則」が成り立つかどうかを見れば（質量がどこからか湧いてきたり、消滅することはあり得ない）

（反応前）
　NaOH：10 mol = 400 g
　CO2：8 mol = 352 g
　　計：752 g

（反応後）
　Na：10 mol = 230 g
　HCO3(2-)：6 mol = 366 g
　CO3(2-) イオン：2 mol = 120 g
　H2O：2 mol = 36
　　計：752 g

できちんと一致しますね。

この回答へのお礼

すみません、勘違いをしていました。

お礼日時：2022/09/23 08:56

No.1 回答者： Tacosan 回答日時： 2022/09/17 18:43

「前」とか「後」とかの次に書いてある数字って何を意味するんだ?