質量、物質量、濃度を分ける
質量は、グラムなどの単位で試料を表します。モルで表す物質量は、モルという単位で粒子の数を数えます。モル濃度は、溶質の物質量と溶液の最終体積を関係づけます。これらの量はつながりますが、互いに入れ替えて使える入力ではありません。
質量 m、モル質量 M の試料では、n = m/M です。示されたモル質量 58.5 g/mol を使うと、11.7 g は 11.7/58.5 = 0.200 mol になります。計算に物質の名前と単位を残し、物質量がどの物質のものかわかるようにします。
溶液の最終体積からモル濃度を計算する
n がモル、V がリットルでの溶液の最終体積のとき、モル濃度は c = n/V です。例題では 2.0 L に 0.50 mol があり、0.25 mol/L になります。溶液 300 mL に 0.060 mol があるなら、300 mL を 0.300 L に換算してから、0.060/0.300 = 0.20 mol/L を計算します。
問題がその関係を示していない限り、溶液の最終体積を、加えた溶媒の量で置き換えないでください。溶質の物質量が一定のとき、最終体積を2倍にするとモル濃度は半分になります。その予想は、計算と並べて使える、大小の見当の確認です。
化学式はそのままに、係数でつりあわせる
用意された式 N₂ + H₂ → NH₃ を考えます。両辺の窒素原子を2個にするため、NH₃ の前に 2 を置きます。次に両辺の水素原子を6個にするため、H₂ の前に 3 を置きます。つりあった式は N₂ + 3H₂ → 2NH₃ です。各元素の数を数えて、結果を確かめます。
NH₃ を NH₂ に変えると、表している物質が変わります。添字はそのままにして、係数を変えてつりあわせます。係数は化学式全体にかかります。2NH₃ は、分子として数えると、窒素原子2個と水素原子6個を表します。
つりあった式を、モルの関係として使う
N₂ + 3H₂ → 2NH₃ では、N₂ 1 mol が H₂ 3 mol と反応し、NH₃ 2 mol に対応します。過剰の水素と N₂ 0.40 mol が完全に反応するなら、NH₃ の理論上の物質量は 0.40 × 2 = 0.80 mol です。これはモル比であり、質量比ではありません。
理論上の計算は、どの反応物が反応を限定するかも含めて、問題が指定した条件を仮定します。実際の収量は、それより低くなり得ます。生成物の物質量を質量に換算するときは、モル比を使ったあと、その生成物のモル質量を使います。
同じ反応について、限定反応物を特定する
同じ式で、N₂ が 0.40 mol、H₂ が 0.90 mol あるとします。窒素がすべて反応するには H₂ が 1.20 mol 必要ですが、あるのは 0.90 mol だけです。限定反応物は水素です。理論上、NH₃ は 0.90 × (2/3) = 0.60 mol できます。
別のやり方として、各反応物からできる生成物の物質量を計算し、小さいほうを選びます。係数が違うので、初めの物質量を直接比べるだけでは不十分です。ここでは H₂ 0.90 mol が N₂ 0.30 mol を消費し、この理想化した計算では N₂ が 0.10 mol 残ります。
数の答えが何を表すかを書く
最終の答えには、物質または溶液、量、単位を書きます。mol と mol/L、グラムとモルを区別します。課題にある有効数字と四捨五入の指示に従い、途中の計算では十分な桁を保ちます。
結果がおかしいと思ったら、まず化学式、最終体積、つりあった係数、換算の道筋を確かめます。いちばん早く出てくる、はっきりしない関係についてLirnoに聞きます。これらの例は、書いて解く宿題のためのものです。実験は、授業で認められた手順に従い、監督のもとで行います。
質量から生成物の物質量まで、手順を分けて進む
例として、反応式 2Mg + O₂ → 2MgO を考えます。4.8 gのマグネシウムが、十分な量の酸素と完全に反応するとします。与えられた概数のモル質量は Mg = 24 g/mol、MgO = 40 g/molです。まず、マグネシウムの質量を物質量に換算します。4.8/24 = 0.20 mol。反応式の係数比は2:2なので、生成するMgOの物質量も0.20 molです。
生成物の物質量を質量に換算すると、0.20 × 40 = 8.0 g MgOとなります。生成物には酸素も含まれるため、マグネシウムだけの質量より大きくなります。この丸めた値では3.2 gの酸素が取り込まれ、4.8 + 3.2 = 8.0 gとなります。課題で異なる原子量が指定されている場合は、その値を使ってください。計算の途中で、丸めた値とより精密な値を混在させないようにしましょう。
