N= 6x1023 個の分子(微粒子)気体の場合、N0個の分子は標準状態(0℃、1atm(気圧))で一定体積をしめる:22.4 L(実験結果)
反応式の意味
2・ H2 + O2 ----------> 2・ H2O
2 : 1 : 2 係数比
1) 2x22.4 L : 1x22.4 L ------> 2x22.4 L 容積比(ゲイリュサックの法則)
2) 2xN0 : 1xN0 ------> 2xN0 分子数比
3) 2x(1x2) : 1x(16x2) ------> 2x(1x2+16) 重量(分子量)比 4 +32 = 36 <質量保存則>
4) 2モル : 1モル ------> 2モル モル比 1 モル = N個の分子の重さ
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従って、標準状態で、
1モルの水素 H2(2g)は22.4 Lを占め、6x1023 個の水素分子から成る。1モルの酸素 O2(32g)は22.4 Lを占め、6x1023 個の酸素分子から成る。
1モルの水H2O(18g)は6x1023 個の水分子から成る。
(水蒸気であれば22.4Lの気体体積、液体の水であれば18mL)。
Q: アボガドロ数(N= 6x1023 /モル)とはどの位の大きさなのか?
実感できるたとえを考えてみよう。
●分子の実在はどのように証明されたか?
1)独立の方法でアボガドロ数を決定する実験を行った結果、
いずれの場合にもN=6x1023 /モルという値が得られた。
2)電子顕微鏡写真:
3)トンネル型電子顕微鏡写真
a・ CH4 + b・O2 ------> c・CO2 + d・ H2O +195kcal/モルのメタン
1. 係数a, b, c, dを決定せよ。2. 各分子の分子量を求めよ。
3. 標準状態(0℃、1atm)における各分子の容積、分子数はいくらか?
4. 水分子1個あたりの重さはいくらか?
5. 標準状態におけるメタン(CH4)10 Lの重さは?
6. 10 Lのメタンを燃やすと何 Lの炭酸ガスが発生するか(標準状態)?
7. 10 Lのメタンを燃やすと何gの水が生じるか?
8. 10 Lのメタンを燃やすと何 kcalの熱が放出されるか?
9. 10 Lのメタンを燃やすと20℃の水(1 L)が約何Cになるか?
(但し、熱効率は30%とする)。
ヒント:水の比熱= 1cal/g, deg (1calとは1g(mL)の水を1℃あげるのに必要な熱量)
水 1 L = 1,000 mL = 1,000 g
【解答】
1. 物質(原子)不滅の原理より、左右両辺で各分子の数が同じとすると、a=1, b=2, c=1, d=2
CH4 + 2 O2 ------> CO2 + 2 H2O
2. CH4=12+1x4=16, O2=16x2=32, CO2 =12+16x2=44, H2O=1x2+16=18
3. CH4: 22.4L, 6x1023個 , O2: 44.8L, 1.2x1024個 , CO2 : 22.4L, 6x1023個 , H2O:44.8L, 1.2x1024 個が反応
に関与4. 1モルの水の重量は18gなので、18g/6x1023=3x10-23g
5. 22.4Lが標準状態におけるメタン1モルの容積なので、10Lは10/22.4=0.45モル
メタン1モルは16gなので、16gx0.45=7.2g
6. 係数比は体積比なので、10Lのメタンから10Lの炭酸ガスが発生する。
7. 反応式から、1モルのメタンから2モルの水が発生することがわかる。
10Lのメタンは0.45モルなので、0.45x2=0.9モルの水(18gx0.9=16.2g)が生じる。
8. 1モルのメタンから195kcalの熱が発生するので、0.45モルからは、195x0.45=87.75kcalの熱が発生する。
9. 87.75kcalの熱が完全に(100%の熱効率)温度上昇に使われるとすれば、1kgの水温が87.75℃上昇する。しかし、熱効率は30%なので87.75x0.3=26.3℃あがる。初めの水温は20℃なので、20+26=約46℃になる。
Q: 6 H2O + 6 CO2 --------> C6H12O6 + 6 O2
上の光合成(Photosynthesis)反応式についての問題を3問つくり、その解答を書きなさい。