物質の構成と化学結合の問題
塩素には同位体 と だけがあり、その存在比(原子の数の割合)は が 、 が であるとする。塩素分子 は、この存在比にしたがって 2 個の塩素原子がそれぞれ独立に選ばれてできるものとする。すべての 分子のうち、2 個の原子の質量数の和が である分子の割合は何 % か。有効数字 2 桁で求めよ。
この問題で使うもの
- 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、質量数の和が 72 になるのはどの同位体の組合せかを考えましょう。
ヒント 2
の割合を 、 の割合を とすると、 と が 1 個ずつの分子の割合は「1 個目が 35、2 個目が 37」と「1 個目が 37、2 個目が 35」の 2 通りを合わせて です。
ヒント 3
、 を に代入して計算し、百分率に直します。
答えと解説
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解説を読む
分子は 2 個の塩素原子でできている。考えられる原子の組合せと質量数の和は
- と :
- と :
- と :
である。質量数の和が になるのは、 と が 1 個ずつの分子である。
2 個の原子をそれぞれ独立に選ぶので、1 個目と 2 個目の選び方を順に考える。
- 1 個目が 、2 個目が となる割合:
- 1 個目が 、2 個目が となる割合:
この 2 つはどちらも と が 1 個ずつの分子なので、合わせて
となる。
(確認)ほかの組合せの割合は、 どうしが 、 どうしが で、 となり、合計が になっている。
よって、質量数の和が の分子の割合は で、有効数字 2 桁で である。
別解
質量数の和が 72 になる組み合わせは の 1 通り(、 は不適)。つまり と を 1 個ずつもつ分子である。
2 個の原子が独立に選ばれるので、どちらの原子が かで 2 通りあり、
。
よって 、有効数字 2 桁で 。
検算: は 、 は 、合計 となり整合する。