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5.5:

化学量論と気体

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Chemistry
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Chemical Stoichiometry and Gases: Using Ideal Gas Law to Determine Moles

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バランスのとれた 化学反応の場合 反応物と生成物の質量と モル数の計算は 一般的な概念図に沿って 行われることを 思い出してください ここでは 反応物のモル数と 生成物のモル数の 換算係数として 化学量論的な 係数が用いられます 気体を含む化学反応では 気体の量は 通常 所定の温度と 圧力での体積で指定されます これは 気体は流動性があり 利用可能な体積を 満たすために膨張するからです 気体反応では 気体のモル量と体積は 理想気体の法則によって 相互に関係しています このようにして 気体の体積から モル数を求めることができます 理想気体の法則 モル質量 化学量論の概念を 組み合わせることで 気体の体積 モル数 気体の反応物や 生成物の質量を 計算することができます 例えば リチウムと水が反応して 水素ガスを生成する 場合を考えてみましょう 反応が291ケルビン 0.977気圧で起こる場合 どのくらいの量のリチウムが 35.25リットルの水素を 生成するでしょうか?まず 理想気体の法則を適用し 与えられた圧力 体積 温度 理想気体定数を代入することで 水素ガスのモル数を 計算します 次に 化学量論比を用いて 水素ガスのモル数をリチウムの モル数に換算します 最後にリチウムの モル質量を掛けると 20.0グラムになります したがって 20.0グラムのリ チウムで35.25リットルの 水素が生成されることになります 標準的な温度と圧力である STPで起こる ガス状の化学反応では モル体積22.4リットルが 定数となります 換算係数は STPでの ガスを含む 化学量論的計算で使用されます 例えば STPでの 水の生成を考えてみましょう 2グラムの水を 生成するのに必要な 水素の体積は いくらでしょうか?一般的な概念図に従って まず 水の質量をモル質量で割って 水のモル数を求めます 次に 化学量論比を用いて 水素のモル数を求めます 最後に STPでのモル対 体積換算係数を用いて 水素ガスが2.5リットルと 算出されます したがって 2.5リットルの水素は STPで2グラムの 水を生成します

5.5:

化学量論と気体

化学量論は、化学反応における反応物質と生成物質の定量的な関係を記述します。

反応物質や生成物質の量は、固体の場合は質量、溶液の場合はモル濃度と体積を組み合わせて測定していましたが、これからは気体の体積でも量を表せるようになりました。 気体の体積、圧力、および温度が分かっている場合は、気体のモル数を計算するために理想気体の状態方程式を使用できます。 逆に、気体のモル量がわかっている場合は、任意の温度および圧力での気体の体積を決定できます。

例として、過剰な塩酸を含む 8.88 g のガリウムの反応によって調製された 27 ° C および 723 トールの水素の量を計算してみましょう。

Eq1

まず、制限反応物質である Ga の提供質量を、生成された水素のモル数に変換します。

Eq2

指定された温度と圧力の値を適切な単位(それぞれ K と atm )に変換し、水素のモル量と理想気体の状態方程式を使用して気体の量を計算します。

Eq3

アボガドロの法則の再検証

また、固体や溶液にはない、気体の化学量論の単純な特徴を利用することもできます。それは、理想的な挙動を示すすべての気体は、同じ体積(同じ温度と圧力)に同じ分子数を含んでいるということです。 したがって、化学反応に関与する気体の体積の比率は、気体の体積を同じ温度と圧力で測定していれば、反応式の係数で与えられることになります。

アボガドロの法則は、気体の体積が気体のモル数に正比例するように、気体の化学反応にまで拡大できます。 気体は、すべての気体の体積が同じ温度と圧力で測定されている場合、体積比で明確かつ単純な割合で結合または反応します。

例えば、気体の窒素および水素はアンモニアガスを作り出すために次のように反応します。

Eq4

一定量の窒素ガスは、圧力と温度が一定であれば、水素ガスの 3 倍の量と反応して、その量の 2 倍のアンモニアガスを生成します。

アボガドロの法則によると、同じ温度と圧力で同じ体積を示す気体の N2, H2, NH3には、同じ数の分子が含まれています。 1 分子の N2 が 3 分子のH2 と反応して NH3 2 分子を生成するため、必要な H2 の量は N2 の 3 倍、生成される NH3 の量は N2 の 2 倍となります。

このテキストは 、 Openstax 、 Chemistry 2e 、 Chapter 9.3 Stoichiometry of Gaskous Substances 、 Mixures 、 Reactions から引用したものです。