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物質の構成と化学結合の問題

難易度 1教科書の例題レベル高校化学 物質の構成と化学結合

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

この問題を解けるようになるまで(11 技能)
算数中学高校大学大学院

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一覧で見る(前提が先)
  1. 原子・分子と化学式
  2. 原子の構成と質量数
  3. 同位体の存在比と原子量
  4. 樹形図で数え上げる
  5. 積の法則と和の法則
  6. 和の法則・積の法則と樹形図
  7. 順列・円順列・重複順列
  8. 組合せ
  9. 確率の定義と和事象・余事象
  10. 独立な試行と反復試行
  11. 同位体の組合せと分子の質量の分布

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。

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