元素分析－正解・解説｜センター試験演習「化学Ⅰ」【高校化学Net参考書】

問題情報

単元	元素分析
年度	2009年度
問題番号	化学Ⅰ－第4問－問7
配点	4
計算問題	○
難易度	難しい

正解

②　0.30

解説

　元素分析により有機化合物の組成式を求める問題は頻出です。

　まず先に燃焼ガスを塩化カルシウム管に通じて水H₂Oを吸収し，次にソーダ石灰管に通じて二酸化炭素CO₂を吸収します。それぞれの吸収管の質量増加から，発生した水や二酸化炭素の質量を求めることが出来ます。これらの値から，そこに含まれる水素原子Hと炭素原子Cの物質量〔mol〕を求めることが出来ます。この問題では「炭化水素」を用いていますので，CとHだけでできています。C，Hの物質量の比がわかるので，組成式を示すことが出来ます。

・88mgの二酸化炭素（CO₂＝44）に含まれる炭素原子（C＝12）の物質量〔mmol（ミリモル）〕
　　　88mg　÷　44mg/mmol　×　1　＝　2mmol
　　　　　　＊1mol＝1000mmol（1mmol＝10^－3mol）
　　　　　　＊二酸化炭素分子1個に炭素原子1個なので，1をかけています。

・27mgの水（H₂O＝18）に含まれる水素原子（H＝1.0）の物質量〔mmol〕
　　　27mg　÷　18mg/mmol　×　2　＝　3mmol
　　　　　　＊水分子1個に水素原子2個なので，2をかけています。

　この結果から，CとHの物質量の比は，2：3ということがわかります。

　炭素数4の炭化水素なので，水素原子数はその1.5倍の6です。よって，実験に用いた鎖式不飽和炭化水素の分子式はC₄H₆だとわかります。

　次に，水素分子が付加することのできる不飽和結合の数を求めます。不飽和結合は，二重結合や三重結合などのことで，1つの二重結合には1つの水素分子が，1つの三重結合には2つの水素分子が付加します。単結合のみでできているアルカンの一般式はC_nH_2n＋2で，二重結合が1か所増えるごとに水素原子は2つ減少し，三重結合が1か所増えるごとに水素原子は4つ減少します。

　炭素数4のアルカンは，C₄H₁₀の分子式をもちます。先ほど求めた分子量はC₄H₆なので，アルカンより水素原子が4つ少なく，二重結合2つまたは三重結合1つをもっています。鎖式不飽和炭化水素1molに対して，水素分子2molが付加することが出来ます。

　この鎖式不飽和炭化水素は，分子量C₄H₆　＝　12×4　＋　1.0×6　＝　54　です。
物質量〔mol〕は，8.1〔g〕　÷　54〔g/mol〕　＝　0.15〔mol〕です。
鎖式不飽和炭化水素1molに対して，水素分子2molが付加することが出来るので，
0.15〔mol〕　×　2　＝　0.30〔mol〕の水素分子が消費されます。