物質量と化学反応式の問題
プロパン と酸素 を密閉容器に入れて点火し、どちらか一方がなくなるまで反応させた。プロパンは次の化学反応式に従って反応するものとする。
反応後、容器を冷却して生じた水をすべて液体にした。このとき容器内に残っている気体の体積は、標準状態（、）に換算すると何 か。有効数字 2 桁で求めよ。
ただし、原子量は 、、 とし、標準状態の気体 の体積を とする。液体の水の体積、水蒸気の量、および気体の水への溶解は無視できるものとする。
この問題で使うもの
- 過不足のある反応（説明と入口の問題）
- 原子量・分子量・式量（説明と入口の問題）
- 物質量と質量・粒子の数（説明と入口の問題）
- 気体の体積と物質量（説明と入口の問題）
- 化学反応式と量的関係（説明と入口の問題）
この問題を解けるようになるまで（7 技能）
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ヒント
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ヒント 1
まずプロパンと酸素の物質量を求め、反応式の係数の比から、どちらがすべて反応する（不足する）かを判断します。
ヒント 2
プロパン を燃やすには酸素が 必要です。実際の酸素の量と比べましょう。
ヒント 3
酸素 がすべて反応すると、プロパンは 反応し、二酸化炭素は 生じます。残ったプロパンも気体として数えます。水は液体になっています。
答えと解説
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解説を読む
物質量を求める
モル質量は 、 なので
どちらが不足するかを調べる
反応式の係数より、 をすべて燃焼させるには が 必要である。 は しかないので、 がすべて反応し、 が余る。
反応後の物質量
と反応する は 、生じる は 、 は である。
反応後に気体として残るのは
で、水は冷却によりすべて液体になるので気体には含めない。気体の合計は 。
体積に換算する
別解
物質量を求める。
- （分子量 ）:
- （分子量 ）:
反応式 より、 をすべて燃やすには が 必要だが、 しかないので が先になくなる。
反応する量:
- : （すべて消費）
- :
- 生成する :
- 生成する : （冷却して液体となり気体に含まない）
反応後に残る気体:
- 余った :
- :
- :
合計 。
標準状態での体積: 。
検算: 反応前後の質量は 。反応後は 、 、 で、合計 となり一致する。
よって 。