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No.1ベストアンサー
- 回答日時:
>molを使った基礎的な計算は理解出来ているのですが
おそらく「計算」はできても、そもそも「mol とは何か」が理解できていないのでしょうね。
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、そうなるように決めた数値が「アボガドロ定数」(= 6.02 × 10^23)です。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。
「同じ mol なら原子・分子の個数が同じ」ということです。
そして、それは単に「個数」の話なので、「原子」の個数であっても、「分子」の個数であっても、何でもよいのです。
「O2」という分子の個数が「アボガドロ定数」個なら「O2 分子が 1 mol」だし、それを「O 原子」で数えれば「アボガドロ定数」個の2倍で「O 原子が 2 mol」ということになります。
化学反応は分子・原子どうしで起こり、「化学反応式」は「原子・分子が何個ずつで反応するか」を表すのですが、それは「目には見えない」し「測定もできない」ので、全体を「アボガドロ定数倍」して「原子・分子が何 mol ずつで反応するか」を表すと考えるのです。
そうすれば「グラム」で測定できる程度の「目に見える量」になるからです。
ということで、物質の量を「mol」で表すと便利なのです。
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。
以上の基本を理解すれば、化学反応式の「係数」が「mol 比率」を表わすことが理解できるでしょう。
つまり、
C2H6O + 3O2 → 2CO2 + 3H2O
とは
「エタノール分子1個と酸素分子3個が反応して、二酸化炭素分子2個と水分子3個を生成する」ということであり、個数をすべて「アボガドロ定数」倍すれば
「エタノール分子1mol と酸素分子3mol が反応して、二酸化炭素分子2mol と水分子3mol を生成する」
ことを表わします。
上の説明のように、この反応式ではすべての物質は「分子」の個数で数えます。
(1) この比率なので、
「エタノール分子 0.050 mol と酸素分子 0.150 mol が反応する」
ことになります。「1 : 3」ですから。
(2) 同様に、
「エタノール分子 0.050 mol が反応して、二酸化炭素分子 0.100 mol が生成する」
ことになります。「1 : 2」ですから。
気体分子は、ほぼ理想気体とみなせるので、0 ℃、1気圧での体積は
22.4 L
です。
従って、二酸化炭素分子 0.100 mol では
22.4 [L/mol] × 0.100 [mol] = 2.24 [L]
(3) 同様に、
「エタノール分子 0.050 mol が反応して、水分子 0.150 mol が生成する」
ことになります。「1 : 3」ですから。
水の分子量は「18」なので、1 mol の重量は 18 g です。
従って、水分子 0.150 mol では
18 [g/mol] × 0.150 [mol] = 2.7 [g]
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