毒劇物の過去問（基礎化学）水素原子はおよそ何個となるのか？

お世話になります。

90ｍｌ（90ｃｍ3）の水の中に含まれる水素原子はおよそ何個となるか？
ただし、水の密度を1.0ｇ/ｃｍ3とし、原子はH=1.0、O＝16.0とする。

答え、6.0×10 24乗となります。

どのように考えるのでしょうか？

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2024/07/20 23:00

「アボガドロ定数」は、あまりに基本の基本なので「知っていて当たり前」と考えられているのでは？

「6.02 × 10^23」もしくは「6.0 × 10^23」は、化学を学ぶものには常識です。

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（1 mol あたりの重さ）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（1 mol あたりの重さ）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（1 mol あたりの重さ）は 44 g/mol。

ということで、分子量 18.0 の水は、「アボガドロ定数」個の質量が「18.0 g」になります。つまり、モル質量は「18 g/mol」。
90 mL (=90 cm^3）の水は、密度が 1.0 g/cm^3 と与えられているので、質量が
　1.0 [g/cm^3] × 90 [cm^3] = 90 [g]
ですから、モル数は
　90 [g] / 18 [g/mol] = 5.0 [mol]
従って、水分子の数は
　6.02 × 10^23 [個/mol] × 5.0 [mol] ≒ 3.0 × 10^24 [個]

水分子 H2O の分子1個には、水素原子が 2 個含まれていますから、水素原子の数はその2倍で
　3.0 × 10^24 [個] × 2 = 6.0 × 10^24 [個]

モルの考え方さえ理解できていれば、ほとんど算数の問題です。

この回答へのお礼

yhr2さま

今後の学習につながる詳細なご回答をいただきましたことを心から感謝申し上げます。印刷を行いしっかりと勉強します。

大変丁寧な解説をいただきましたおかげでとても勉強になりました。
今後、私もyhr2さまのように理路整然かつ明瞭な回答をできる人間になれるように精進いたします。
ご多忙の中、ご教示いただきましたことに改めて感謝申し上げます。

お礼日時：2024/07/20 23:22

No.1 回答者： trajaa 回答日時： 2024/07/20 22:16

問題文に補足されているか？

常識として書かれてないか？
そのへんはよく分かりませんが、アボガドロ定数が必要になりますね

それぞれの原子量から水分子としての原子量は18
体積と比重がわかってるんだから
質量÷原子量でモル数が分かる

モル数が分かればアボガドロ定数によって分子数が分かる

分子数が分かれば、H2Oなのだから水素原子数も分かる

この回答へのお礼

早々に回答いただきましてありがとうございます。
しっかりと確認させていただきます。

アボガドロ定数は問題に記載がないのです。

お礼日時：2024/07/20 22:24