物質の構成と化学結合の問題
ある塩素の試料は、同位体 と だけからなり、この試料における塩素の原子量は である。 と の相対質量をそれぞれ , とする。
この試料の塩素原子だけからできた塩素分子 の集団を考える。分子をつくる 2 個の原子は、それぞれ独立に上の存在比にしたがって または になるものとする。このとき、塩素分子全体のうち、2 個の原子の質量数の和が である分子の数の割合は何 % か。有効数字 2 桁で答えよ。
この問題で使うもの
- 同位体の存在比と原子量(説明と入口の問題)
- 同位体の組合せと分子の質量の分布(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(11 技能)
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ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
まず原子量から と の存在比を求め、次に 2 個の原子の組み合わせを考えます。
ヒント 2
原子量 (相対質量 × 存在比)の和 です。質量数の和が 72 になるのは と の組み合わせです。
ヒント 3
の存在比を とすると です。 には原子の並び方が 2 通りあることに注意しましょう。
答えと解説
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解説を読む
同位体の存在比を求める
の存在比(原子の数の割合)を とすると、 の存在比は である。原子量は各同位体の相対質量に存在比を掛けて足し合わせた平均値なので、
よって、 の存在比は 、 の存在比は である。
質量数の和が 72 の分子の割合を求める
2 個の原子の質量数の和が になるのは、 より、 と が 1 個ずつ結合した分子 である( は 、 は )。
分子をつくる 2 個の原子はそれぞれ独立に存在比にしたがって決まるので、「1 個目が 、2 個目が 」と「1 個目が 、2 個目が 」の 2 通りを考えて、その割合は
すなわち である。
(確認:質量数の和が の分子は 、 の分子は で、 となる。)
別解
の存在比を 、 を とすると、原子量は 。 より 、。
質量数の和が になる組合せは のみ(、)。2 個の原子は独立に決まるので、– の分子の割合は(どちらの原子がどちらでもよいので 2 通り)
よって 32 %。
検算: の分子 、 の分子 、 の分子 で合計 。