の塩酸 に、十分な量の亜鉛 を加えたところ、塩酸中の塩化水素 がすべて反応して水素が発生した。反応は次の化学反応式で表される。
発生した水素の体積は、標準状態（、）で何 か。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、標準状態の気体のモル体積を とし、発生した水素はすべて気体として集められるものとする。
溶液を使った反応の量的関係
モル濃度と体積から反応物の物質量を求め、溶液と固体・溶液どうしの反応で、発生する気体の量や残る物質の量を求められる
前提
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一覧で見る（前提が先）
- 原子・分子と化学式 （中学理科 化学分野の用語と知識）
- 原子量・分子量・式量 （高校化学 物質量と化学反応式）
- 物質量と質量・粒子の数 （高校化学 物質量と化学反応式）
- モル濃度 （高校化学 物質量と化学反応式）
- 気体の体積と物質量 （高校化学 物質量と化学反応式）
- 化学反応式の係数 （中学理科 化学変化と原子・分子）
- 化学反応式と量的関係 （高校化学 物質量と化学反応式）
- 過不足のある反応 （高校化学 物質量と化学反応式）
説明
塩酸に金属を入れて水素を発生させる、2 つの水溶液を混ぜて反応させるなど、溶液を使う反応はとてもよく出てきます。溶液中の物質の量は、モル濃度と体積をかければ物質量として求められます。この技能を使うと、溶液と固体、溶液どうしの反応で、どちらが不足するかを判定し、発生する気体の量や反応後に残る物質の量を求められます。
なぜそうしてよいのか
化学反応式の係数の比は物質量の比なので、反応の計算はいつも物質量で考えます。溶液の場合、どれだけ溶質が入っているかはモル濃度 と体積 で決まり、 で物質量になります。固体なら質量をモル質量で割り、気体なら体積を で割るのと同じく、溶液は「濃度 × 体積」で物質量に換算する、と考えればよいわけです。
こうしてすべての反応物を物質量にそろえれば、あとは過不足のある反応と同じです。一方を全部反応させるのに必要な相手の物質量を係数の比で求め、実際の量と比べて不足する物質を決めます。生成物の量は不足する物質から決まり、過剰な物質は「初めの量 反応した量」だけ残ります。
手順
化学反応式を書く
溶液中の反応物の物質量を求める：（体積は を に直す）。固体は で求める
一方を全部反応させるのに必要な相手の物質量を係数の比で求め、実際の量と比べて不足する物質を決める
不足する物質の物質量から、係数の比で生成物（発生する気体など）の物質量を求める
必要に応じて、気体の体積（標準状態なら ）や、過剰な物質の残り（初めの量 反応した量）を求める
例題
亜鉛 に の塩酸 を加え、反応が終わるまで置いた。反応は で表される。発生した水素の体積は標準状態で何 か。原子量は 、標準状態の気体のモル体積は とし、有効数字 2 桁で求めよ。
例題の解答
手順 1：化学反応式は 。
手順 2： の物質量は
の物質量は
手順 3： をすべて溶かすのに必要な は 。実際は しかないので、 が不足し、 が溶け残る。
手順 4： なので、発生する は
手順 5：標準状態での体積は
有効数字 2 桁で 。
答え:
よくある誤り
体積を のままかけてしまう誤り。 としてしまう。正しくは に直して 。
過不足を確かめずに、固体の量から生成物を求めてしまう誤り。 から を （）としてしまう。正しくは不足する から求めて 。
係数を無視して物質量どうしをそのまま比べてしまう誤り。 だから が過剰、としてしまう。正しくは で反応するので、必要な と比べて が不足。
溶液どうしを混ぜたとき、反応後の濃度を混合前の体積で割ってしまう誤り。残った物質のモル濃度は、混合後の溶液の体積（ とみなせる場合はその和）で割る。
この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。
入口の問題
この技能を使う問題
マグネシウム 3.6 g に、濃度 2.0 mol/L の塩酸 100 mL を加えたところ、水素が発生し、やがて気体の発生が止まった。このとき、反応せずに残ったマグネシウムの質量は何 g か。有効数字 2 桁で答えよ。ただし、原子量は Mg = 24 とし、反応は次の化学反応式にしたがって、どちらか一方がなくなるまで完全に進むものとする。また、発生した水素は水溶液に溶けないものとする。
亜鉛 に、濃度 の希硫酸 を加えたところ、次の反応が起こり、どちらか一方がなくなるまで反応が進んだ。
このとき発生した水素 の体積は、、 において何 L か。有効数字 2 桁で答えよ。ただし、原子量は とし、、 における気体のモル体積は とする。水素は理想気体とみなし、水への溶解は無視する。の塩化バリウム 水溶液 に、 の硫酸ナトリウム 水溶液 を加えたところ、硫酸バリウム の白色沈殿が生じた。生じた沈殿の質量は何 g か。有効数字 2 桁で求めよ。
ただし、原子量は 、、 とし、硫酸バリウムの水への溶解は無視する。
の硫酸銅(II) 水溶液 に、過剰の水酸化ナトリウム水溶液を加えたところ、青白色の沈殿が生じた。この沈殿をすべてろ過して取り出し、加熱したところ、黒色の酸化銅(II) に完全に変化した。得られた酸化銅(II) の質量は何 か。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、沈殿の生成と加熱による変化は完全に進み、ろ過による損失はないものとする。原子量は , とする。
炭酸カルシウム に、濃度 の塩酸 を加えたところ、炭酸カルシウムはすべて反応して二酸化炭素が発生した。発生した二酸化炭素を加熱して完全に追い出したのち、残った溶液を濃度 の水酸化ナトリウム水溶液でちょうど中和した。中和に必要な水酸化ナトリウム水溶液の体積は何 mL か。有効数字 2 桁で答えよ。ただし、原子量は 、、 とし、加熱の間に塩化水素は失われないものとする。また、生じた塩化カルシウムは中和反応に関わらないものとする。
この技能の次に学べること
- 試薬の追加量と段階的に生じる沈殿 （高校化学 無機物質）