【体系解説】化学反応式とモル計算のやり方

H₂ 6.0gが反応すると、H₂Oは何g生成するか？　分子量：H₂＝2.0、H₂O＝18

2H₂ ＋ O₂ → 2H₂O

解答　6.0 ÷ 2.0 ＝ 3.0〔mol〕 　　　　3.0 × 18 ＝ 54〔g〕

解説
　反応式より、H₂ とH₂Oの係数比は２：２より、モル比も２：２になります。H₂ 2molからH₂O 2molが生成されます。

　したがって、H₂ 3.0molからはH₂O 3.0molができることになります。求める質量は、 3.0〔mol〕 × 18〔g/mol〕＝ 54〔g〕

N₂ 5.6LとH₂を触媒のもとで反応させて、NH₃を生成した。H₂は何L反応したか？

N₂ ＋ 3H₂ → 2NH₃

解答　0.25×3×22.4＝16.8〔L〕

解説
　この反応では、係数比が1：3：2です。したがって、モル比・体積比もすべて1：3：2です。

• N₂ 1molとH₂ 3molから、NH₃は2mol生成

• N₂は5.6L → molに直すと 0.25mol
• よって、H₂は 0.25mol × 3 ＝ 0.75mol

　体積に戻すと、0.75mol × 22.4L ＝ 16.8L

エチレンC₂H₄ 2.8gに標準状態(0℃､1気圧)で3.36Lの酸素O₂を混合し、この混合気体に点火したところ、どちらかの気体の一部が未反応のまま残った｡①エチレンと酸素のどちらが残ったか｡②生じた水は何gか｡　分子量：C₂H₄＝28、H₂O＝18

C₂H₄ ＋ 3O₂ → 2CO₂ ＋ 2H₂O

解答　① 残った気体は、エチレンC₂H₄　② 1.8〔g〕

解説
　まず、与えられた気体の物質量molを求めます｡

・C₂H₄：2.8 ÷ 28 ＝ 0.10〔mol〕

・O₂：3.36 ÷ 22.4 ＝ 0.15〔mol〕

この反応では、C₂H₄とO₂の係数比（＝モル比）は1：3です。

【仮説１】　エチレンがすべて反応した場合

C₂H₄ 0.10mol をすべて反応させるには、O₂が 0.10mol × 3 ＝ 0.30mol必要です。

しかし、O₂は 0.15mol しかありません。よって、O₂が不足しており、C₂H₄全量が反応することは不可能です。

【仮説2】　酸素がすべて反応した場合

O₂ 0.15mol がすべて反応すると考えると、C₂H₄は 0.15mol ÷ 3 ＝ 0.050molだけ反応することになります。

このとき、もともとのC₂H₄ 0.10molのうち、0.10mol − 0.050mol ＝ 0.050mol が未反応で残ることになります。したがって、① 残った気体は、エチレン（C₂H₄） です。

この反応では、C₂H₄とH₂Oの係数比（＝モル比）は1：2です。今回は、C₂H₄ 0.050mol が反応しているので、H₂O は 0.050mol × 2 ＝ 0.10mol

（本反応のまとめ）

よって、求める水H₂Oは､0.10×18＝1.8〔g〕

ステップ①
文中に与えられた「数値」と「単位」を、反応式の下に書き込む。

ステップ②
与えられた量をmolに変換する。変換したら、次の3段階で整理する：

前（反応前）：反応前にあるmol
反応（反応量）：実際に反応に使われたmol
後（反応後）：反応が終わった後に残るmol

この3つを並べて書くことで、どの物質が余り、どの物質が使い切られたかが一目で分かるようになります。

ステップ③　
どちらが少ないかを見極め、「反応が止まるタイミング」を決める。
ここでは、「少ない方が先になくなる＝反応がそこで止まる」ことに着目します。そして、反応式の係数比＝モル比を用いて、他の物質のmolを求めます。