出典：公益社団法人 日本技術士会「技術士第一次試験 過去問題」
標準状態の窒素14L、10%塩化ナトリウム水溶液200g中のNaCl、3.0×10^23個の水分子、64gの銅の加熱で消費される酸素、4.0gのメタンの完全燃焼で生成するCO2の各物質量を比較し、最も小さいものを選ぶ問題。
5つの状況における物質量(mol)を計算し、最も小さいものを選ぶ問題。
① 物質量(mol)=質量÷モル質量=気体の体積÷22.4L=粒子数÷6.0×10²³。反応で出入りする量は反応式の係数の比
② ①14÷22.4≒0.63、②20g÷58.5≒0.34、③3.0÷6.0≒0.50、④Cu約1molの半分で約0.50、⑤CH₄ 4.0÷16=0.25 → CO₂も0.25
③ 最小はメタンから生じるCO₂(⑤)
各物質量を計算する。①標準状態の14Lの窒素:14/22.4=0.625mol。②10%NaCl水溶液200g中のNaCl:200×0.1=20g、20/58.5≒0.342mol。③3.0×10²³個の水分子:3.0×10²³/6.02×10²³≒0.498mol。④64gの銅の加熱で消費される酸素:Cu=64/63.6≒1.006mol、2Cu+O₂→2CuOより消費O₂は約0.503mol。⑤4.0gのメタンの完全燃焼で生成するCO₂:CH₄=4.0/16=0.25mol、CH₄+2O₂→CO₂+2H₂Oより、生成CO₂は0.25mol。最も小さいのは⑤の0.25molである。
■ 物質量(mol)の3つの求め方
・質量から: 質量(g)÷原子量・分子量(1molあたりの質量)
・気体の体積から: 0℃・1気圧(標準状態)では、気体1molの体積は種類によらず約22.4Lなので、体積(L)÷22.4
・粒子の個数から: 1molは約6.02×10²³個(アボガドロ数)なので、個数÷6.02×10²³
■ 溶液の濃度
10%の水溶液200gに含まれる溶質は、200×0.1=20gです。
■ 反応式の係数
反応式の各物質の前の数字(係数)は、反応する物質量(mol)の比を表します。2Cu+O₂→2CuOなら、銅2molに対して酸素1molが消費されます。
物質量(mol)は、質量÷モル質量、気体の標準状態での体積÷22.4L/mol、粒子数÷6.02×10²³/mol、のいずれかで求める。化学反応式の係数比から、消費・生成する物質の物質量を求める。溶液では質量パーセント濃度から溶質の質量を求める。
キーワード: 物質量、モル、気体の体積、化学反応式、アボガドロ数、材料・化学・バイオ