View
1
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
基礎化学Ⅰ 第 5講 原子量とモル数
1
第5講 原子量とモル数
1 原子量
(1) 相対質量
原子の質量は,とても軽いので,1個の重さを使うのは,小さくて扱いにくい。そこで,相対質量を使います。
ピンポン玉原子
地球
水素原子は,0.167×10-23 g 炭素原子は,1.993×10-23 g
酸素原子は,2.656×10-23 g
質量そのものではなくて,何かを基準として質量を表したとき,その値を相対質量という。
相対質量とは?
まず,大きさの復習から。
では,原子1つの質量は?
鉛筆,消しゴム,小さな玉のそれぞれの質量を,小さな玉の質量を基準にして比べる。
てんびんを使い,鉛筆は,小さな玉3つ,消しゴムは小さな玉6つと釣り合った。
鉛筆、消しゴムは,小さな玉の数の比から,小さな玉の質量を基準にして,2つの質量を表すことができる。
13 6
原子の直径は,約1億分の1cm。(第1講) 原子とピンポン玉の関係は,ピンポン玉と地球の関係と同じくらいの大きさです。
基礎化学Ⅰ 第 5講 原子量とモル数
2
(2) 原子の質量
12Cの炭素原子1個の質量 1.993×10-23gを 12ぴったりと
して,その他を比較した数字を,相対質量という。単位はつけない。
では,原子の質量に,相対質量の考え方を当てはめてみよう。
水素 0.167×10-23g
炭素 1.993×10-23g
酸素 2.656×10-23g
H 0.167×10-23g
C O
H 1
C O
そこで,相対質量を使うと≒(1×2+16)=18gで,おおまかな質量を比較する時に,質量数を用いることができ,非常に簡単に計算が出来る。
Na 3.18175×10-23gNa23
1.0012
16.00
1612
原子1個の質量は,きわめて小さい。このままだと計算が大変なので,
炭素1個の質量を,1.993×10-23g→12ぴったりとして,
その他の元素も,計算してみた。
OOOOOOOOOOOO
12Cを基準 H原子
12
水素原子の相対質量=1
12個
もし,実際の質量で水を計算するとH2O,1分子の重さは
(0.167×10-23×2 + 2.656×10-23)= 2.990×10-23gとなり,
いつもいつも計算が大変!
基準になる炭素原子1個と,水素原子ならば12個,酸素原子1個ならば,水素原子16個が釣り合うことを意味している。
炭素原子を基準にして,相対質量を考えると,水素原子は1.0,酸素原子は16.0と表すことができる。これは,質量数に近い値になるね。
1.993×10-23g 2.656×10-23g
(注)映像では,表示上の都合のため,一部表現が省略されています。
基礎化学Ⅰ 第 5講 原子量とモル数
3
(3) 同位体の存在比
原子量とは,各同位体の 質量に,それぞれの を
12C
13 C
相対質量 存在比
12
13
98.9%
1.1%
原子量= 12× + 13× = 12.01100
98.9
100
1.1
13C
12C
自然界では99個の 12Cの炭素に
対して1個の 13Cが存在する。
見て区別することは困難だ。
分けることが出来ないならば,平均値を計算し,すべてを12.01の炭素として取り扱う。
元素によっては,1種類の原子しか存在せず,同位体のないものもある。(Be,F,Na,Al,P等)この場合相対質量が,そのまま原子量になる。
注意1
すべて12.01とする。
天然に存在する元素の多くは,さまざまな種類の同位体が一定の割合で混ざっている。
かけて,和を求めた 値である。原子量には単位はありません。
すでに第2講で,同位体とは,同じ元素でできているが,質量数の異なることも習った。
基礎化学Ⅰ 第 5講 原子量とモル数
4
塩素は,相対質量35の原子が75%,相対質量37の原子が25%存在している。塩素の原子量を計算せよ。
【 例題1 】
金属のCu(銅)は,相対質量62.9の原子が69%,相対質量64.9の原子が31%存在している。銅の原子量を計算せよ。
.
基礎化学Ⅰ 第 5講 原子量とモル数
5
塩化ナトリウムは,分子をつくらず,Na+ とCl- というイオンからできている。
Naの原子量23と,Clの原子量35.5をそのまま足して,58.5となります。
この58.5は,分子量に対して,式量という。
OHH
O
OHH O
水分子 H2O
原子量 161.0 1.0
分子量 18
二酸化炭素
原子量 1612 16
分子量 44
CO2
OCOO OO
OOOOOC
分子量は,各原子の原子量の和で計算する。
例えば,H2Oと書く,水分子で考えてみよう。
Hの原子量が1.0,Oの原子量が16なので,水の分子量は,合計の18です。
分子量も原子量と同じように,単位はつけません。
CO2の場合も,考えてみよう。
Oの原子量が16,Cの原子量が12なので,二酸化炭素の分子量は,合計の44となります。
さらに,塩化ナトリウムNaCl を見てみよう。
Na OCl-+
原子量 23 35.5
58.5式量
2 分子量・式量
基礎化学Ⅰ 第 5講 原子量とモル数
6
【 例題2 】 次の分子量,または式量を求めよ。ただし,それぞれの原子量は, 次を使うこと。
まとめ
(H=1.0,C=12.0,N=14.0,O=16.0,Na=23.0,Cl=35.5)
(1)NH3
(4)Na2CO3
(3)HNO3
(2)HCl
.
基礎化学Ⅰ 第 5講 原子量とモル数
7
3 物質量(モル数)
つまり,コップの中の水は,小さな小さな水分子の粒が集まって,
水 酸素
(1) 小さな粒の集まり
18g = 1モル
大きな一粒ではなく,小さな粒の集まりと考えること。
O2
××H2O
いっぱい
(2) アボガドロ数
水1粒は,極めて小さい重さである。これをたくさん集めて
化学では,小さな原子という粒から,物質はできていると習ったね。
やっと,液体として目に見えてるというイメージが大切です!
物質は,たくさんの粒の集まりで,できていることがわかった。
水(H2O)1粒の極めて小さな重さ × アボガドロ数 = 18g
つまり6.02×1023個は,相対質量から計算で出てきた
数字です。だれも数えたことがありません。
6.02×1023個って?
H2Oの分子量,18グラムになるまで,集めた個数を,という。
アボガドロ数 = 2.986×10-23g
18g= 6.02×1023
しかし,これらの粒子は,目に見えないほど小さな物質なので,
個を,ひとくくりにして考えます。
基礎化学Ⅰ 第 5講 原子量とモル数
8
今,水が9gしかないと,粒子の数が
半分の3.0×1023個であるから,
物質量は0.5molとなる。
18g9g
H2Oについて考えよう。水が18g入ったビーカーと,9g入ったビーカーがある。
水の分子量は18,
18gで6.0×1023個集まって,
1molになっている。
粒の数は半分
炭素原子 1粒の重さ 1.993×10-23g × 6.02×1023 = 12g
酸素原子 1粒の重さ 2.656×10-23g × 6.02×1023 = 16g
同様に,
CO2分子 1粒の重さ 7.305×10-23g × 6.02×1023 = 44g
そこで,細かい数字よりも,6.02×1023個集めた重さの方が,
計算が非常にしやすいので,この6.02×1023個集まった
状態を という。
モルのイメージは 『つぶつぶ』。
(3) モル数の考え方
1モルには,6.0×1023 個の粒子が含まれている。
1個,2個のように『 個 』の単位で数えたものは『 数 』であるのに対して
原子量, 分子量にgをつけた
※注意
つまり,原子や分子の1粒の重さに,6.02×1023個集めると,
原子の相対質量や分子量の数字になる。(計算が便利)
1mol,2molのように『 mol 』の単位で数えたものを,『 物質量 』という。
基礎化学Ⅰ 第 5講 原子量とモル数
9
(4) 気体の体積は?
気体の体積は,1気圧の外圧の中で,気体の のこと。
ポイント
気体の体積 = 気体の動ける空間
4粒が作る空間
粒が8粒。2倍になれば動ける空間も2倍
体積4.0L
体積8.0L
粒の数が2倍
(5) 気体の体積と,モル数
物質量に して,気体の体積も変わる。
体積2.0L
粒の数が半分
モルは 『つぶつぶ』なので,粒の数すなわちつまり,
1気圧
気体の体積は,容積と勘違いしてはダメ!
基礎化学Ⅰ 第 5講 原子量とモル数
10
(6) 気体の標準状態とは?
標準状態というのは,0℃、1.01×105Paの状態をいう。
標準状態では,どんな気体であろうと、1mol = L
6.0×1023コで
Lを作るならば
3.0×1023コでは、粒が半分
しかないので動ける空間も
半分・・・ L
6.0×1023コ 3.0×1023コ粒が半分では
気体の体積は温度,圧力などによって,大きく異なる。そこで,基準となる条件(標準状態)を決めた。
(7) 気体の標準状態とモル数の関係
1気圧=1.01×105Pa
22.4 L
標準状態では,水素だろうと二酸化炭素だろうと,メタンだろうと,
6.0×1023コの粒子が集まると,その種類に関係なく,体積が22.4Lになる。
基礎化学Ⅰ 第 5講 原子量とモル数
11
CO2 = 44 44g=1mol 6.0×1023個集まって、 22.4Lの動ける空間
N2 = 28 28g=1mol 6.0×1023個集まって、 22.4Lの動ける空間
1) 2.2gの二酸化炭素の物質量は,① molで,
【 例題3 】 次の空欄にあてはまる数値を記入せよ。
その標準状態の体積は② Lである。
炭素原子は④ 個,酸素原子は ⑤ 個である。
この二酸化炭素の分子の個数は,③ 個であり
2) 標準状態で5.6Lの窒素の物質量は,① molで,
この窒素の分子の個数は③ 個であり,
その質量は,② gになる。
窒素原子の個数は④ 個である。
(H=1.0,C=12.0,N=14.0,O=16.0)
4 モル数の計算をしよう
.
基礎化学Ⅰ 第 5講 原子量とモル数
12
H2O = 18 18g=1mol 6.0×1023個集まって、 22.4Lの動ける空間
3) 6.0×1021個のH2O分子の物質量は,① molで,
水素原子は④ 個,酸素原子は⑤ 個である。
質量は② gであり,
③ Lである。またその標準状態の体積は
物質量
粒子数
6.02×1023個×物質量
体積L
22.4L×物質量
重さg
分子量×物質量
慣れてきたら,これを使うといいね。
物質量
粒子数
6.02×1023個×0.01mol
= 6.02×1021個
重さg
18×0.01mol = 0.18g 体積L
22.4L×0.01mol= 0.224L
0.01mol
mol
基礎化学Ⅰ 第 5講 原子量とモル数
13
(H=1.0,C=12.0,N=14.0,O=16.0, Al=27.0
アボガドロ数は6.0×1023とする。)
【 例題4 】 次を計算せよ。
(1) 炭素3.0molに含まれる粒子の個数は。
(2) 水0.2molの標準状態での体積は何Lか。
(3) 1円玉は,アルミニウム1gであるが,何molになるか。
(4) この1円玉に含まれる粒子の個数は。
.
基礎化学Ⅰ 第 5講 原子量とモル数
14
【 例題1 】 塩素の原子量 35.5
【 例題2 】
銅の原子量 63.52
(1) 17.0 (2) 36.5 (3) 63.0 (4) 106
【 例題3 】
(1)① 0.05 ② 1.12 ③ 3.0×1022 ④ 3.0×1022 ⑤ 6.0×1022
(2)① 0.25 ② 7.0 ③ 1.5×1023 ④ 3.0×1023
(3)① 0.01 ② 0.18 ③ 0.224 ④ 12×1021 ⑤ 6.0×1021
【 例題4 】
(1) 18×1023〔個〕 (2) 4.48〔L〕 (3) 0.037〔mol〕 ③ 2.2×1022〔個〕
【 例題 】の解答
Recommended