教養の化学

教養の化学 第14週：2014年1月20日　　担当　　杉本昭子

教科書の正誤表 ページ誤正ｐ．7　　表1.5　蒸留装置の図　　　　　　　　　　三角フラスコのゴム栓をとる。ｐ．24　　表2.5　ＯＨ　　　　　　　　　　　　　　　　ＯＨ－ｐ．24　　表2.5KMｎO４－MｎO4－ｐ．30　　例題2　解答の表3行目　3617Cl3717Cl ｐ．73　　練習問題4.8（ａ）　O2は常磁性があるため問題として不適切　削除ｐ．883行目　気体、液体、気体　　　　　　　　固体、液体、気体ｐ．92　　表6.1 最終行2X44=176g4X44=176g ｐ．936行目 6H2OO6H2O ｐ．94 11行目　書き加えるたりする　　　　　　書き加えたりするｐ．102 例題1　解答2行目　C2H5OHC2H5OH

共通期末試験について 日時：平成26年1月30日(木) 13 : 00 ～ 14 : 00 教室：すでに掲示されているので各自確認すること持ち込み：不可（電卓も不可）必需品：学生証，HBまたはBの黒鉛筆，消しゴム (マークシートを用いて解答する) 席順などは当日教室の黒板に掲示されます。病気・怪我などにより試験を欠席した場合は，2月6日までに「追試願」（診断書を添付すること，病院のレシート等は不可）を芝園教務課に提出すること。なお，特別の事情により書類の提出が間に合わない場合は2月6日までに，芝園教務課(047-454-9754)まで電話で連絡すること。その他の問い合わせ先：化学教室教務担当尾身洋典 2号館3階化学第3研究室

共通期末試験について 出題範囲 “教養の化学の教科書”「物質科学の基礎としての化学入門」　１～６章の例題・練習問題から数値や語句を変えて全問マークシートで出題。（水18ｇ→水27ｇ、塩素原子→フッ素原子、メタノール→エタノール、１族→２族　など）問題形式や問題文が変わることはあるが、内容・出題意図・レベルは教科書１～６章の例題・練習問題以外からは出題されない。

復習：　濃度計算 • 溶解：液体に別の物質が溶ける現象をさす。 • 溶解して均一な混合物になった液体を溶液という。このとき水のように物質を溶かすために使った液体を溶媒、溶媒にとけている物質を溶質という。 • 溶液の濃度は、3種類ある。 • 質量パーセント濃度 • 溶液100g中に含まれる溶質の質量(g)の割合を表す。 • 体積パーセント濃度 • 　　　溶液100mLの中に含まれる溶質の体積 (ml)の割合を表す。 • モル濃度 • 　　　　溶液1L中に含まれる溶質の物質量 (mol)を表す。

復習：　化学反応式の意味 • 化学反応の様式は４つに分類できる。（但し有機化学反応においては必ずしも適用されない） • 合成：synthesis (combination) • 分解：decomposition • 単純置換：single replacement • 二重置換：double replacemenｔ • 上記反応に加え、特殊な反応として燃焼：combustionがある。 • 化学反応式は、これらの化学反応を簡潔かつ正確に表した式　　である。 • 化学反応式の書き方 • 左辺に反応物(出発物、試薬） • 右辺に生成物 • 質量保存の法則に従い係数を記入 • 検算

復習：　化学反応式の意味 • 化学反応式の意味 • 万国共通の表記 • 反応物、生成物、反応の量的関係が明らかになる。 • 反応の進行を矢印で示すが、矢印の上に簡単な反応条件（温度、溶媒、触媒など）を記入することで、より多くの情報を提供することができる。

演習の解答と解説 1. 標準状態で2.80 Lを占めるO2の物質量は何molか。(10点）有効数字３桁 X mol =2.80 L÷22.4 L/mol=0.125 mol 0.125 mol 物質量と他の量を表す単位との関係 A.

演習の解答と解説 • 15.8mol/Lの濃硝酸20.0mLを希釈したとき、0.800 mol/Lの希硝酸が何ｍL調製できるか。 (10点） g はじめに確認有効数字３桁 mol g/mol 15.8 mol/Lの濃硝酸20.0mL中の硝酸のモル数を求める 15.8 mol/L　Ｘ　0.02L=0.316 mol 0.800 mol/Lの希硝酸が何（ｘ）mLあれば0.316 mol/Lの硝酸になるか。ｘ＝０．３１６ mol÷ 0.800 mol/L= 0.395L =395mL 395 mL A.

間違えやすいポイント • 単位をきちんと書いて計算すること！　　特に密度に注意。 1ｃm3＝1ｍL 計算のコツ ○○/××というように、単位を略さずに記載し、単位も数字と同じように取り扱う。計算で残った単位が目的の量を表しているかどうかを必ず確認する。

間違えやすいポイント • 希釈の問題モル濃度と質量％濃度の違いに注意溶質の物質量(mol) X 100 モル濃度[％]＝　　　　　　　　　　　　　　　　　　溶質の質量(g) 質量パーセント濃度[％]＝　　　　　　　　　　　　　　　　　　 X 100 溶液の体積(L) 溶媒の質量(g)+溶質の質量(g)

間違えやすいポイント • 希釈の問題モル濃度と質量％濃度の違いに注意　　基本は同じ考え方ポイント希釈前後で、溶質の質量は変わらない。　　　したがって、希釈前後の溶液中の質量を等式で結べば　　　　よい。但し質量％濃度の場合は密度で補正する必要　　　がある。

間違えやすいポイント 問題がﾓﾙ濃度で出ている場合 18.0 mol/L の濃硫酸を希釈して、6.00mol/Lの硫酸水溶液を1.50 L　作るには濃硫酸は何 mL必要かはじめに確認有効数字３桁 18.0mol/L の濃硫酸ｘｍＬと、6.00 mol/Lの硫酸1.5Lが等しい 18.0mol/L X ｘｍＬ=6.00mol/L X 1500 mL X=500 mL 500 mL ﾓﾙ濃度なので1000mL中の溶質の重さに相当 A.

間違えやすいポイント 問題が質量％濃度で出ている場合質量％濃度70.0%(密度：1.42g/cm3)濃硝酸を希釈して、25.0%硝酸水溶液(密度： 1.15 g/cm3) 500 mLを調製したい。必要な70.0%濃硝酸の体積は何mLか。はじめに確認有効数字３桁質量％濃度70％の硝酸ｘｍＬと、25％の硝酸500mLが等しい. 1.42 g/cm3 X ｘｍＬX 70/100=1.15g/cm3 X 500 mL X 25/100 500mLの重さ xmLの重さ 145 mL X=144.6 mL A.

質問に答えて • 教科書ｐ85の練習問題5.1 相対質量 12C原子１個の質量＝1.99ｘ10-23ｇ 4He１個の質量＝6.65ｘ10-24 ｇ（１）4He原子の質量は12C原子の質量の何倍か 6.65ｘ10-24 ｇ÷1.99ｘ10-23ｇ＝3.34ｘ10-1 ＝0.334 C,N, O原子は分子を形成する時、種々の混成軌道を形成する。混成軌道は、主に2s軌道と2ｐ軌道の間で作られる。 0.334倍（２）12C原子の相対質量を１２としたとき4He原子の相対質量を求　　めよ C,N, O原子は分子を形成する時、種々の混成軌道を形成する。混成軌道は、主に2s軌道と2ｐ軌道の間で作られる。 6.65ｘ10-24 ｇ　x12 X= = 40.10ｘ10-1 = 4.01 A. 4.01 1.99ｘ10-23ｇ A.

質問に答えて • 教科書ｐ86の練習問題5.8 希釈（1）　12.0 mol/L　の濃塩酸を希釈して0.100 mol/L の希塩酸を300 mL 　つくりたい。濃塩酸は何mL 必要か。濃塩酸中の塩酸のモル数＝希塩酸中の塩酸のモル数 12.0mol/1000mL x X mL=0.100 mol/1000 mL x 300 mL 2.50 mL 30.0mL ÷12.0 = X mL= = 0.100 mol/1000 mL x 300 mL 2.50 mL A. 12.0 mol/1000mL

質問に答えて • 教科書ｐ86の練習問題5.8 希釈（2）　2.50 mol/LNaOH水溶液50.0 mLを希釈したとき、0.500 mol/L NaOH水溶液が何 mL 調整できるか。濃NaOH溶液中のNaOHのモル数＝希NaOH溶液中のNaOHのモル数 2.50mol/1000mL x 50.0 mL=0.500 mol/1000 mL x X mL = 250 mL 125mL ÷0.500 X mL= = 2.50 mol/1000 mL x 50.0 mL 250 mL A. 0.500 mol/1000mL

質問に答えて • 教科書ｐ84の例題3（3）粒子の重さと数の関係（3）　酸素分子１個当たりの質量は何gか。 g g 酸素の原子量＝16、　アボガドロ数＝6.0X1023個 mol g/mol g/mol 6.0X1023 O2のモル質量＝16ｘ2＝32g/mol O21個の重さ＝32g/mol÷ 6.0X1023/mol =5.33X10-23 g A. 5.33 x 10-23g

補習　無機化合物 無機化合物の分類一般的な無機化合物は3つのタイプがある。 • イオン性の化合物 : Ionic compounds • 分子性の化合物 : Molecular compounds • 酸 : Acid

補習　無機化合物 無機化合物の分類この場合、以下の物質は含まない • 有機化合物：Organic compounds • 配位化合物（錯化合物）:Coordination compounds

補習　無機化合物 無機化合物の分類 • 有機化合物は炭素を含んでいる。有機化合物であるかを確認するには、炭素を探せばよい。　但し、二酸化炭素、一酸化炭素、炭酸塩は例外で　これらは無機物質とみなす。

補習　無機化合物 イオン化合物 • イオン化合物はプラスとﾏｲﾅｽの電荷をもつイオンで構成され、イオン結合と呼ばれる静電気引力で結合している。 • イオン化合物は分子を含まない。　

補習　無機化合物 イオン化合物 • 金属はプラスのイオンに、非金属元素はマイナスのイオンになる傾向がある。 • 水素イオン、H+1,とアンモニウムイオン、NH4+1,は金属元素を含まないが、通常プラスのイオンを形成する。 • アンモニウムイオンはイオン化合物中に、また、水素イオンは酸類の中に見出される。

補習　無機化合物 イオン化合物 • 化合物がイオン化合物であるかは、名前、あるいは化学式、あるいは元素の種類で見極める。 • もし、その化合物が、金属（またはアンモニウムイオン）と少なくとも1つの非金属元素を含む場合は、ほとんどイオン化合物である。

補習　無機化合物 イオン化合物 • イオン化合物の名前は2つの部分に分かれている：　陽イオン（カチオン）名と陰イオン（アニオン）名 • 陽イオン名を先に書く。日本名は逆なので注意！ • K2S はpotassium sulfide（硫化カリウム）　　カリウム(potassium)が陽イオン；硫化(sulfide)が　　陰イオン　日本名は英語を訳したもので、英語が一般的

補習　無機化合物 イオン化合物 • カチオン(陽イオン）は元素と同じ名称で、そこに価数を記入。 Mg+2はmagnesium ion; Fe+3はiron (III) ion. • 1原子でできているアニオン（陰イオン）は元素名を基に、語尾に“-ide.” Cl-1は、chloride ion: 日本名の場合は”化“を付けて塩化となる。

補習　無機化合物 イオン化合物 • 多くのイオン化合物は多原子イオンである。 • これらの名前もカチオンが先、その後にｱﾆｵﾝ。NH4OH は、ammonium hydroxide（水酸化アンモニウム）　　日本名は逆！ • イオン化合物（と酸）の命名には、一般的な多原子イオンの名前を覚える必要がある。　　

Charge Formula Name +1 NH4+1 ammonium +2 Hg2+2 mercury (I) -1 CN-1 OH-1 C2H3O2-1 NO3-1 NO2-1 MnO4-1 ClO-1 ClO2-1 ClO3-1 ClO4-1 HCO3-1 H2PO4-1 cyanide（シアン化物イオン） hydroxide（水酸化物イオン） acetate nitrate (硝酸イオン） nitrite (亜硝酸イオン） permanganate hypochlorite (次亜塩素酸イオン） chlorite (亜塩素酸イオン） chlorate (塩素酸イオン） perchlorate (過塩素酸イオン） hydrogen carbonate(炭酸水素イオン） dihydrogen phosphate(リン酸二水素イオン） -2 CO3-2 CrO4-2 Cr2O7-2 SO4-2 SO3-2 HPO4-2 carbonate chromate dichromate (二クロム酸イオン、重クロム酸イオン） sulfate (硫酸イオン） Sulfite(亜硫酸イオン） hydrogen phosphate -3 PO4-3 phosphate 教科書ｐ29参照

補習　無機化合物 • 酸（Ａｃｉｄｓ）: • 酸とは、水と反応して水素イオン(H+1)を形成する物質のこと。 • このような化合物は、一般的にイオン化合物と分子化合物の両方の性質を持つ。.

補習　無機化合物 • 酸（Ａｃｉｄｓ）の同定 • 物質名から“酸”であると判断する場合、日本語名は簡単で、ほとんど語尾に“酸”がつく。 • 化学式を検証してみると、Ｈが初めにくる。

補習　無機化合物 酸（Ａｃｉｄｓ）の同定 • 化学式を見てみると、陰イオンの部分がある。酸の名前はこの陰イオンの名前が基本となっている。 • HF は hydrofluoric acid. 日本名でフッ化水素酸。 “fluor-” はＦ（fluoride ion)から来ている。日本名はフッ素イオンから。

補習　無機化合物　；酸 それでは次の酸の名前は？ • HCl • ＝hydrochloric acid（塩酸：本来は塩化水素酸と呼ばれるべきだが、慣例で塩酸） • H2CrO4 • ＝chromic acid（クロム酸） • HClO • ＝hypochlorous acid（次亜塩素酸）

書けますか？ 以下の物質の化学式を例に従って書きなさい。　　　　例　グルコース：　C6H12O6 a: メタノール　　　b: 炭酸マグネシウム　c: フッ素　d: プロパン e: 四塩化炭素　　f: 酢酸　　g: 水酸化カルシウムＣＨ3ＯＨ : ＣＨ4ＯＭｇＣＯ3 a: メタノール b: 炭酸マグネシウム c: フッ素Ｆ2 ｄ：プロパンＣＨ3ＣＨ2ＣＨ3 ：Ｃ3Ｈ8 e: 四塩化炭素ＣＣｌ4 f: 酢酸ＣＨ3ＣＯ2Ｈ：Ｃ2Ｈ4Ｏ2 g: 水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）2

化学反応式 物質の変化、化学反応式、化学反応式の量的関係第14週講義

物質の変化・化学反応 化学反応式の量的関係質量保存の法則 284.0g 284.0g

物質の変化・化学反応 特別な化学反応式（ｐ93） 1.イオン反応式 • イオンが関係する反応において，反応しないイオンを省略した化学反応式のことをイオン反応式という。 • この反応式において、左辺のもつ電気の量と右辺がもつ電気の量は等しい。 • （化学反応式）　ＮａＣｌ＋ＡｇＮＯ３→ＡｇＣｌ↓＋ＮａＮＯ３ • 　　（反応しないイオンを消去）　 • 　　　　　　　　Ａｇ＋＋ＮＯ３－＋Ｎａ＋＋Ｃｌ－→ＡｇＣｌ↓＋Ｎａ＋＋ＮＯ３－ • 　　（イオン反応式）　Ａｇ＋＋Ｃｌ－→ＡｇＣｌ↓ • （化学反応式）　ＣａＣＯ３＋２ＨＣｌ→ＣａＣｌ２＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２↑ • 　　（反応しないイオンを消去）　 • 　　　　　　ＣａＣＯ３＋２Ｈ＋＋２Ｃｌ－→Ｃａ２＋＋２Ｃｌ－＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２↑ • 　　（イオン反応式）　ＣａＣＯ３＋２Ｈ＋→Ｃａ２＋＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２↑

物質の変化・化学反応 特別な化学反応式（ｐ93） 2.熱化学方程式 • 物質が化学変化する時は必ずエネルギー変化を伴う。そのエネルギーは熱、あるいは光のエネルギーとなる。 • 化学変化に伴い発生、または吸収する熱量を反応熱といい、熱を発生する反応を発熱反応、吸収する反応を吸熱反応という。 • 発熱は、生成物の方が反応物よりエネルギーが低くなる時に余剰のエネルギー分が熱になるために起こる。逆に、吸熱は生成物の方が反応物よりエネルギーが高い場合で、不足分のエネルギーを吸熱によって賄うために生じる。

物質の変化・化学反応 特別な化学反応式 2.熱化学方程式 • 化学反応式の→を＝に置き換え、右辺に反応熱を書き加えた式を熱化学方程式をいう。発熱反応では正（+）、吸熱反応では負（－）で反応熱を区別する。 • 化学エネルギーは、物質の状態で変化するため、反応熱は25℃、1.03 X 105Pa　での値を用い、化学式に物質の状態や、同素体名を付記する。 • C (黒鉛）　+O２（ｇ）　＝ＣＯ２（ｇ）　+394KJ • N2 (g) + 3H2 (g) = 2NH3 (g) + 91.80 kJ • N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g) ; ΔH = −45.9 kJ/mol • （個々の反応式にモルエンタルピーを併記する方法もある。）

R P 化学反応式の意味：化学式の平衡 Ex.1) 反応式の平衡： ___NH4Cl → ___NH3 + ___HCl Ex.2)反応のタイプは． ______________________ Ex.3) ＮH4Ｃｌの結合の種類は ______________________. N N 1 1 H H 1 H H H H H H 分解 Cl Cl イオン結合と共有結合

R P 化学反応式の意味：化学式の平衡 Ex.4) 反応式の平衡： ___Zn + ___HCl → ___ZnCl2 + ___H2 Ex.5) 反応のタイプは． ______________________ Ex.6) Znの結合の種類は ______________________. Zn Zn 1 1 2 1 H Cl Cl Cl H H Cl H 単純置換反応金属結合

R P 化学反応式の意味：化学式の平衡 Ex.7)反応式の平衡： ___PbS + ___HCl → ___PbCl2 + ___H2S Ex.8)反応のタイプは． ______________________ Ex.9)PbSの結合の種類は ______________________. Pb Pb 1 2 1 1 S Cl H Cl Cl H H H 二重置換反応 Cl S イオン結合

R P 化学反応式の意味：化学式の平衡 Ex.10)反応式の平衡： ___CH4 + ___O2 → ___CO2 + ___H2O Ex.11)反応のタイプは． ______________________ Ex.12)　ＣＯ2の結合の種類は ______________________. C C 2 1 1 2 H O H O H H H H 燃焼 O O O H O H O O 共有結合

R P 化学反応式の意味：化学式の平衡 Ex.13)反応式の平衡： ___N2 + ___H2 → ___NH3 Ex.14)反応のタイプは ______________________ Ex.15)N2の結合の種類は ______________________ N N N H 1 3 2 H H H H H N H H 合成 H H H H 共有結合

R P 化学反応式の意味：化学式の平衡 Ex.16)反応式の平衡： ___F2 + ___HCl → ___HF + ___Cl2 Ex.17)反応のタイプは． ______________________ Ex.18)HClの結合の種類は ______________________. F H F F 1 2 2 1 H Cl Cl Cl H H 単純置換反応 Cl F 共有結合

R P 化学反応式の意味：化学式の平衡 Ex.22)反応式の平衡： ___KClO3 → ___KCl + ___O2 Ex.23)反応のタイプは． ______________________ Ex.24)KClO3の結合の種類は ______________________. K K 3 Cl Cl 2 2 O O O O O O 分解反応 K O Cl O O O O K O Cl イオン結合と共有結合

R P 化学反応式の意味：化学式の平衡 Ex.25)反応式の平衡： ___HgI2+___KOH→___Hg(OH)2+___KI Ex.26)反応のタイプは． ______________________ Ex.27)KIの結合の種類は ______________________. 1 1 2 2 Hg Hg I O I H K O 二重置換反応 O H H K K I O K H I イオン結合

R P 化学反応式の意味：化学式の平衡 Ex.28)反応式の平衡： ___C2H2 + ___O2 → ___CO2 + ___H2O Ex.29)反応のタイプは． ______________________ Ex.30)C2H2の結合の種類は ______________________. C O C H 5 2 3 C O O H H O O O 4 H O C H 2 2 C O O H C O O O H O C 燃焼反応 H O O O O O C O O 共有結合

化学反応式の意味：化学式の平衡 連立方程式を用いて係数を求める方法 • NH3 + O2NO+ H2O aNH3 + bO2cNO+ dH2O Nの係数から　　a =c Hの係数から　　3a=2d Oの係数から　 2b=c + d b, c, d　を a で表すと(a ≠0) d=3/2a, 2b=a + 3/2a ,　∴ｂ＝5/４ a a : b : c : d=a : 5/4 a : a : 3/2 a =4 : 5: 4: 6 4NH3 + 5O24NO+ 6H2O

化学反応式の意味：化学式の平衡 • Cu+HNO3Cu(NO3)2+H2O+NO2 aCu+bHNO3cCu(NO3)2+dH2O+eNO2 Cuの係数から　　a =c Hの係数から　 b=2d Oの係数から　 3b=6c +d + 2e Nの係数から　　ｂ＝2ｃ　+ e 全てをa で表すと　a=a, b=4a, c=a, d=2a, e=2a となる。従って 1Cu+4HNO31Cu(NO3)2+2H2O+2NO2

物質の変化・化学反応 反応の予測化学を学ぶにあたり、最も重要な点は、基本的な知識を使って、化学的変化を予測することにある。具体的には反応生成物の構造や、反応に伴う様々な変化を予測できるようになること！

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