高校化学「硝酸」「オストワルト法」

高校化学「硝酸」「オストワルト法」

硝酸は実験でもよく使われる強酸で、以下のような特徴があります。

・無色で揮発性があり、常温で液体
・熱や光で分解されるため、褐色の瓶に保存する
・酸化力のある酸で、Ｃｕ，Ｈｇ，Ａｇも溶かす
・濃硝酸はＡｌ，Ｆｅ，Ｎｉなどに対し、表面に不動態を形成する
・硝酸塩はすべて水に溶ける

センターレベルでもどれもよく問われる事柄なので、しっかり覚えていきましょう！

そして、硝酸の工業的製法は、「オストワルト法」といいます。簡単に言えばアンモニアの酸化です。

�@触媒Ｐｔを用いて、アンモニアを酸化する
４ＮＨ3＋５Ｏ2→４ＮＯ＋６Ｈ2Ｏ

�A得られた一酸化窒素をさらに酸化する
２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2

�B�Aで得られた二酸化窒素に水を作用させる
３ＮＯ2＋Ｈ2Ｏ→２ＨＮＯ3＋ＮＯ

このように３段階の反応を経て、アンモニアから硝酸が作られます。

一つの反応式にまとめると、

ＮＨ3＋２Ｏ2→ＨＮＯ3＋Ｈ2Ｏ


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高校化学「緩衝液」「緩衝作用」

高校化学「緩衝液」「緩衝作用」

少量の酸や塩基を加えたとき、その影響を緩和し、ｐＨが急減に変化しない水溶液を「緩衝液」といい、そのはたらきを「緩衝作用」といいます。

例えば、「酢酸と酢酸ナトリウムの混合溶液」は緩衝液になります。

酢酸は弱酸であるため、この溶液中には、ＣＨ3ＣＯＯＨ，ＣＨ3ＣＯＯ-が多量に存在します。
これらの粒子が多量に存在すると、酸が加えられた場合でも、塩基が加えられた場合でも、まずＣＨ3ＣＯＯＨまたはＣＨ3ＣＯＯ-と反応するため、水溶液中のＨ+やＯＨ-の濃度があまり変化しない。というわけです。

酸を加えた場合：ＣＨ3ＣＯＯ-＋Ｈ+→ＣＨ3ＣＯＯＨ
塩基を加えた場合：ＣＨ3ＣＯＯＨ＋ＯＨ-→ＣＨ3ＣＯＯ-＋Ｈ2Ｏ


自然に存在する緩衝液の代表例と言えば、血液です。
外界から体内に侵入した物質によって、血液のｐＨが簡単に変化してしまうと、致命的な影響を受ける可能性があります。
血液は様々な塩を含む溶液なので、ｐＨを一定に保つ効果があり、生命の維持に役立っているという側面もあると言えます。


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解答★高校化学「芳香族化合物」「ベンゼン」

解答★高校化学「芳香族化合物」「ベンゼン」


問題ページはこちら


Ｑ２．ベンゼンに濃硫酸と濃硝酸の混合物を加えて加熱すると生じる有機化合物の名称と性質の組み合わせとして正しいものを選べ。

名称：�@ベンゼンスルホン酸，�Aニトロベンゼン
性質：�@水によく溶け、強い酸性を示す。�A無色または淡黄色の油状物質である。

名称と性質の組み合わせは「�A−�A」が正解です。

ベンゼンに濃硫酸と濃硝酸の混合物を加えて加熱すると、ベンゼンがニトロ化されて、ニトロベンゼンＣ6Ｈ5ＮＯ2が生じます。
ニトロベンゼンは、無色または淡黄色の有毒な液体です。油状なので水に難溶です。

ベンゼンに濃硫酸を加えて加熱すると、ベンゼンがスルホン化されてベンゼンスルホン酸Ｃ6Ｈ5ＳＯ3Ｈが生じます。
ベンゼンスルホン酸は水に可溶の強酸です。


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高校化学「芳香族化合物」「ベンゼン」

高校化学「芳香族化合物」「ベンゼン」

Ｑ２．ベンゼンに濃硫酸と濃硝酸の混合物を加えて加熱すると生じる有機化合物の名称と性質の組み合わせとして正しいものを選べ。

名称：�@ベンゼンスルホン酸，�Aニトロベンゼン
性質：�@水によく溶け、強い酸性を示す。�A無色または淡黄色の油状物質である。

名称−性質
　�@−�@
　�@−�A
　�A−�@
　�A−�A


ベンゼンスルホン酸もニトロベンゼンもどちらも濃硫酸は使います。濃硝酸が入るか入らないかの違いですね。


解答解説は後ほど掲載します。


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解答１�C高校化学基本問題「脂肪族炭化水素」「エチレン」

解答１�C高校化学基本問題「脂肪族炭化水素」「エチレン」

Ｑ．エチレンに塩素を付加すると、何という物質が得られる？

�Cクロロエタン

残念！不正解です！

「クロロ」は「Ｃｌ」を意味しますが、エチレンに、塩素Ｃｌ2ではなく塩化水素ＨＣｌを付加するとクロロエタンＣＨ3ＣＨ2Ｃｌが得られます。


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解答１�B高校化学基本問題「脂肪族炭化水素」「エチレン」

解答１�B高校化学基本問題「脂肪族炭化水素」「エチレン」

Ｑ．エチレンに塩素を付加すると、何という物質が得られる？

正解と思われる選択肢をクリックしてください。

�Bジクロロエタン

正解です！

エチレンＣ2Ｈ4に、塩素Ｃｌ2を付加すると、１，２−ジクロロエタンＣＨ2ＣｌＣＨ2Ｃｌが得られます。

「ジ」は「２個」を、「クロロ」は「Ｃｌ」を意味します。

「１，２−」は、端から何番目の炭素に特別な構造があるかを表しています。

今回の「１，２−ジクロロエタン」の場合は、２個のＣｌが、１番と２番の炭素に１つずつついていることを示しています。


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解答１�A高校化学基本問題「脂肪族炭化水素」「エチレン」

解答１�A高校化学基本問題「脂肪族炭化水素」「エチレン」

Ｑ．エチレンに塩素を付加すると、何という物質が得られる？

�Aジブロモエタン

残念！不正解です！

「ブロモ」は「Ｂｒ」を意味します。
１，２−ジブロモエタンＣＨ2ＢｒＣＨ2Ｂｒは、エチレンＣ2Ｈ4に臭素Ｂｒ2を付加すると得られます。


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解答１�@高校化学基本問題「脂肪族炭化水素」「エチレン」

解答１�@高校化学基本問題「脂肪族炭化水素」「エチレン」

Ｑ１．エチレンに塩素を付加すると、何という物質が得られる？

�@エタン

残念！不正解です。

エチレンＣ2Ｈ4にＣｌ2でなく、Ｈ2を付加するとエタンＣ2Ｈ6が得られます。

エチレンは２重結合を持っているので、その結合が切れて余った腕にＨがつく。ということですね。


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高校化学基本問題「脂肪族炭化水素」「エチレン」

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Ｑ１．エチレンに塩素を付加すると、何という物質が得られる？

正解と思われる選択肢をクリックしてください。

�@エタン

�Aジブロモエタン

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高校化学「原子量」

高校化学「原子量」

原子量や分子量は、普通は、必要に応じて問題に書かれていますが、代表的なものはあらかじめ覚えておくと、迷う余地が減るので、スピードアップ＆正解率アップにつながります。問題によく登場する主なものを以下に挙げておきます。

Ｈ＝１．０
Ｃ＝１２
Ｎ＝１４
Ｏ＝１６
Ｎａ＝２３
Ａｌ＝２７
Ｓ＝３２
Ｃｌ＝３５．５
Ｋ＝３９
Ｃａ＝４０
Ｃｕ＝６３．５
Ａｇ＝１０８

もちろん、これら以外にも、Ｍｇ，Ｓｉ，Ｐ，Ｆｅ，Ｐｂ，Ｈｇなどなど、まだまだよく登場する原子はありますが、標準的な計算問題で特によく出てくるのは、だいたいこんなところです。
まずはこれらの値を、出てきたものから覚えていけば充分だと思います。


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高校化学「単位格子」「原子半径」

高校化学「単位格子」「原子半径」

単位格子の単元では、原子の半径をｒとして、単位格子の１辺の長さをｌとしたときの、ｒとｌの関係を求める問題がよく出題されます。

体心立方格子と面心立方格子で、ｒとｌの関係が少し違うので、よく理解して覚えておくとよいです。


●体心立方格子

体心立方格子の場合、格子の中心に原子があるので、立方体の対角線を含む断面の長方形を考えて計算します。

断面の長方形の横は、立方体の面(正方形)の対角線なので、長さは√２ｌです。
縦は立方体の１辺と同じなので、長さはｌです。

立方体の各頂点にも原子があるので、長方形の対角線上に円がぴったりくっついて並ぶことになります。
つまり、体心立方格子の場合、横が√２ｌ，縦がｌの長方形の対角線上に、原子の半径ｒが４つ並ぶことになります。

だから、ｒとｌの関係式は、

(４ｒ)^2＝ｌ^2＋(√２ｌ)^2
１６ｒ^2＝ｌ^2＋２ｌ^2
１６ｒ^2＝３ｌ^2
　　ｒ^2＝(３／１６)ｌ^2
　　　ｒ＝(√３／４)ｌ


●面心立方格子

面心立方格子の場合、立方体の面上に原子の中心があるので、ｌとｒの関係を考えるときは、立方体の面つまり正方形を考えます。

正方形の頂点にも原子の中心があるので、正方形の対角線上に原子の半径ｒが４つ並ぶことになります。

正方形の１辺はｌなので、縦も横もｌ，で対角線が４ｒとなります。だから、ｒとｌの関係式は

(４ｒ)^2＝ｌ^2＋ｌ^2
１６ｒ^2＝２ｌ^2
　　ｒ^2＝(２／１６)ｌ^2
　　　ｒ＝(√２／４)ｌ


これらを公式として覚えてしまう人も多いと思いますが、このように図形の性質から求められることを理解しておくと応用が利きますよ！


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高校化学「配位数」「結晶格子」

高校化学「配位数」「結晶格子」

金属結晶の結晶格子の、ある一つの原子を考えて場合、その原子に「接している」原子の数を「配位数」といいます。


金属の結晶格子の配位数は、

体心立方格子・・・８

面心立方格子・・・１２

六方最密構造・・・１２

です。

体心立方格子は、まず、立方体の中心に原子が１個あり、立方体の各頂点に原子がある形になります。
立方体の頂点は８個あるので、８個の原子と接していることになり、配位数は８個です。

面心立方格子は、立方体の面上に中心がある形です。
面上の原子を囲む正方形の頂点の４つ、隣の面上に中心がある原子４つ×２と接しているので、合計１２個と接しています。配位数は１２です。

六方最密構造は、正六角柱の形をした構造です。
正六角形の中心の原子を考えると、正六角形の頂点の６つ、その上下の正三角形の３つ×２と接しているので、合計１２個と接しています。これも配位数は１２です。


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高校化学「配位数」「結晶格子」「面心立方格子」

高校化学「配位数」「結晶格子」「面心立方格子」

金属結晶の結晶格子の、ある一つの原子を考えて場合、その原子に「接している」原子の数を「配位数」といいます。

この記事では、面心立方格子の配位数について解説します。


まず、面心立方格子とは結晶格子の一種で、「面心」なので、格子の面上に原子の中心があります。

だから、面心立方格子の配位数を考える場合は、２つの隣り合う格子を並べて考える必要があります。
原子の中心が面の真ん中にあるので、１つの原子の半分ずつが隣り合う格子に含まれている形になりますね。

教科書等に書かれている単位格子の図を見て、１つの原子に接している原子を数えていくと・・・

左側の面に中心がある原子について考えてみれば、

まず単位格子の頂点に中心がある原子４つが接している。

上下前後の面上に中心がある原子４つが接している。

左手前側にもう一つ単位格子があると考えると、角が中心の原子は共通していて、面上に中心がある原子４つが接しているので、合計１２個と接している。

すなわち配位数は１２である。

ということができます。


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高校化学「化学反応式」「物質量」

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プロパン１１ｇが完全燃焼したとき、生成する水は何ｇか？ただし、Ｈ＝１．０，Ｃ＝１２，Ｏ＝１６とする。

この問題について考えます。

化学反応と数量の関係を考えるときは、化学反応式を作り、その係数をもとに、反応する物質の個数の比＝物資量の比を求めます。

まずは化学式を書いて

Ｃ3Ｈ8＋Ｏ2→ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ

係数を合わせると、

Ｃ3Ｈ8＋５Ｏ2→３ＣＯ2＋４Ｈ2Ｏ

この化学反応式から、プロパン１ｍｏｌに対して、酸素は５ｍｏｌの割合で反応し、３ｍｏｌの二酸化炭素と４ｍｏｌの水が生じることがわかります。

問題に戻ると、プロパンは１１ｇなので、これが何モルかわかれば、水が何ｇ生じるかもわかりますね。
プロパンはＣ3Ｈ8だから、１２×３＋８＝４４ｇ／ｍｏｌです。
１１ｇは１／４なので、０．２５ｍｏｌですね。

化学反応式より、プロパン：水＝１：４なので、水＝０．２５×４＝１．０ｍｏｌです。

水の分子量は１８だから、生成する水は１８ｇです。


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高校化学「化学反応式」「燃焼」「物質量」

高校化学「化学反応式」「燃焼」「物質量」

「エタン15ｇを完全燃焼させたときに生じる二酸化炭素と水の質量を求めよ。」

この問題について考えます。

エタンの燃焼の化学反応式を作ります。

２Ｃ2Ｈ6＋７Ｏ2→４ＣＯ2＋６Ｈ2Ｏ

ですね。
この反応式の係数は、反応する分子の個数を表しています。

メタン：酸素：二酸化炭素：水＝２：７：４：６

です。
個数の比であるならば、物質量の比でもあります。
「質量」ではなく「物質量」の比です。

メタンの分子量は３０なので、１５ｇは０．５ｍｏｌです。

ならば、化学反応式の係数より、二酸化炭素は０．５×４／２＝１ｍｏｌ，水は０．５×６／２＝１．５ｍｏｌです。

二酸化炭素の分子量は４４なので、１ｍｏｌ＝４４ｇ
水の分子量は１８なので、１．５ｍｏｌ＝１．５×１８＝２７ｇ

が求められます。

ちなみに、酸素は分子量３２で３．５ｍｏｌなので、３．５×３２＝１１２ｇです。



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高校化学「化学反応式」「燃焼」

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エタンの燃焼の化学反応式を作ります。

「燃焼」とは「激しく光や熱を出す酸化」ですね。

燃焼も酸化には変わりないので、物質名で式を作ると

エタン＋酸素→二酸化炭素＋水

となります。
これらを化学式に置き換えると、

Ｃ2Ｈ6＋Ｏ2→ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ

ですね。
このままでは原子の個数が合っていないので、合わせて、

２Ｃ2Ｈ6＋７Ｏ2→４ＣＯ2＋６Ｈ2Ｏ

ですね。
どの原子も増えたり減ったりせず、化学反応式では係数は自然数にします。
足りないところを増やす。という考えて、一つ一つパズルのように考えていけば、必ずできるばずです。


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高校化学「物質の構成」「電気陰性度」「極性」

高校化学「物質の構成」「電気陰性度」「極性」

原子の共有電子対を引き寄せる力の強さを表す値を「電気陰性度」といいます。

基本的に、

・原子半径が小さければ、原子核と電子の距離が近いため、引力が大きい。
・原子核の陽子数が多ければ、電子を引きつける力が強い。

ので、元素の周期表の右上の元素ほど、電気陰性度が大きい傾向があります。


電気陰性度の差が大きい元素同士が共有結合をしてできる物質は、共有電子対が、電気陰性度の大きい原子の方へ引き寄せられ、電気的な偏りが生じ、その偏りを「極性」といいます。


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高校化学「物質の構成」「化学結合」「沸点」

高校化学「物質の構成」「化学結合」「沸点」

Ｃｌ2，ＨＣｌ，ＮａＣｌ

これら３つの物質のうち、最も沸点が高いと考えられる物質を選び、その理由を考えます。

３つともＣｌが入っているので、似た物質だな〜
同じ元素が入っていれば沸点もだいたい同じだな〜
この中で分子量(式量)が一番大きいのはＣｌ2だから、沸点が一番高いのはＣｌ2だな〜

と思った人もいるかと思います。

結合の種類が同じならば、分子量等が大きい(重い)物質ほど沸点が高い傾向があるのは正しいですが、よく見てみれば、結合の種類が違う物質が一つだけありますね？

ＮａＣｌは塩化ナトリウムでイオン結合です。塩です。塩水ではありません。塩です。塩は加熱してもなかなか沸騰しませんよね？
残り２つは分子間力による結合で結びつきます。

分子間力よりもイオン結合の方が遙かに結合力が強いので、ＮａＣｌが沸点が高い。

ということができます。

どれか選ぶだけなら、「あ、塩素か〜。塩化水素か〜。塩？塩だけ固体だよね。塩が沸点高いでしょ」というかんじでＯＫです。


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高校化学「物質量」

高校化学「物質量」

水４５ｇの物質量は何ｍｏｌか？

この問題を解くことを考えます。

物質量の単位はｍｏｌで、１ｍｏｌの物質があると、その物質の分子量等にｇをつけた質量になります。

みずはＨ2Ｏなので、１×２＋１６＝１８で、分子量は１８です。ということは、水の場合は１ｍｏｌ＝１８ｇです。

４５ｇは１８ｇの２，５倍なので、水４５ｇの物質量は２．５ｍｏｌです。


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高校化学「化学結合」「結晶」

高校化学「化学結合」「結晶」

４つの結晶の種類の基本的な内容については、以下の記事をご覧ください。

共有結晶

イオン結晶

分子結晶

金属結晶


結晶格子の種類、極性、配位数などについては、また別の記事を書く予定です。


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