化学反応式と量的関係｜化学基礎【高校化学Net参考書】

化学反応式と物質量の関係

　化学反応式の係数は，分子などの粒子の数の比を表しています。例えば，エタノールの完全燃焼は次の化学反応式で表されます。
　　　C₂H₅OH　＋　３O₂　→　２CO₂　＋　３H₂O
　　　

　このとき，エタノール1分子と酸素3分子が反応して，二酸化炭素2分子と水3分子が生成します。もちろん，エタノール2分子（さっきの2倍）が反応するならば酸素は6分子（さっきの2倍）が必要ですし，二酸化炭素は4分子（さっきの2倍），水は6分子（さっきの2倍）が生成します。

　エタノールの完全燃焼において，最も簡単な整数比に直したときの1：3：2：3という数の比は変わることがありません。

　化学において，粒子の数を表す「物質量〔mol〕」で考えても，1molのエタノールが完全燃焼するためには酸素3molが必要です。また，このとき二酸化炭素2molと水3molが生成します。つまり，化学反応式の係数の比は，物質量〔mol〕の比ということができます。

　この関係は，計算問題に応用されます。

　どれか1つの物質について物質量〔mol〕が求められれば，残りの物質についても反応に関わった物質量〔mol〕が求められるということです。ただ，反応で消費されて減少するのか，生成して増加するのかには気を付けてください。

　例えば，1.5molのエタノールが完全燃焼したとします。このとき，酸素は1.5mol×3＝4.5molが反応したことがわかります。また，二酸化炭素は1.5mol×2＝3.0mol，水は1.5mol×3＝4.5molが生成したことがわかります。

　前項で，化学反応式と物質量の関係から，反応に関わる物質の物質量〔mol〕を求めることができることを確認しました。

　また，以前に分子量・式量と物質量〔mol〕から質量〔g〕を求める方法を確認しました（原子量・分子量・式量と質量）。これを基に，エタノール1.5molの完全燃焼における質量〔g〕の関係を確認します。
　　　C₂H₅OH　＋　３O₂　→　２CO₂　＋　３H₂O
　　　

　それぞれの物質の分子量は異なりますので，質量〔g〕の関係を考えるとき，基本的には簡単な比とはなりません。化学反応式の係数から物質量〔mol〕を求め，そこから質量〔g〕を求めるべきでしょう。

　化学反応式の係数の比は物質量〔mol〕の比，つまり粒子の数の比を表しています。物質が違えば，1個当たりの質量〔g〕も違います。そのため，係数の比と質量〔g〕の比が同じにならないのです。

　物質量〔mol〕の比から，標準状態における気体の体積の比を考えます。

　物質量〔mol〕から気体の体積〔L〕を求める方法も確認済みです（物質量と気体の体積）。これを基に，エタノール1.5molの完全燃焼における気体の体積〔L〕の関係を確認します。
　　　C₂H₅OH　＋　３O₂　→　２CO₂　＋　３H₂O
　　　

　気体の物質量〔mol〕と標準状態における体積〔L〕の関係は，物質の種類に関係なく22.4L/molです。そのため，気体の体積〔L〕の比は，化学反応式の係数の比と等しくなります。

　ただし，標準状態ですべて気体として存在している物質の間でしか，この関係は成り立ちません。