2021年04月14日

高校化学(用語)「炭素」

高校化学(用語)「炭素」

★炭素(carbon)

価電子数4個で、様々な物質と化合物を作る。
単体も、黒鉛、ダイヤモンド、無定形炭素、フラーレン、カーボンナノチューブなど、様々な形態がある。


有機物の骨格となる部分が炭素同士の共有結合であり、炭素の価電子4個を「うで」とみなして、結合の仕方を考えるのが有機化学のポイントの一つになります。


◆関連項目
二酸化炭素と一酸化炭素
非金属元素まとめ
有機物の性質


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2021年04月09日

高校化学(用語)「リン酸」

高校化学(用語)「リン酸」

★リン酸(phosphoric acid)

化学式H3PO4で表される3価の酸で、潮解性がある。
融点は42.35℃で、不安定な無色の結晶またはシロップ状の無色の液体で、水・アルコール・エーテルに溶ける。


3価の酸はとりあえずこのリン酸だけ覚えておけば、ほとんど問題ありません。
3価なので、3段階に電離し、最終的にH+が3つ出てきます。H3PO4→3H++PO43-

代表的なリン酸塩には、

・骨や歯の主成分の「リン酸カルシウムCa3(PO4)2」
・リン酸肥料の「過リン酸石灰(Ca(H2PO4)2とCaSO4の混合物)」「重過リン酸石灰(Ca(H2PO4)2)」

があります。


◆関連項目
リン
非金属元素まとめ


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2021年04月08日

高校化学(用語)「十酸化四リン」

高校化学(用語)「十酸化四リン」

★十酸化四リン(diphosphorus pentaoxide)

化学式はP4O10だが、P2O5(五酸化二リン)と表される場合もある。
リンを燃焼することで得られる。
4P+5O2→P4O10

強い吸湿性を持つ白色粉末で、乾燥剤や脱水剤として利用される。

水に溶かして加熱するとリン酸を生じる。
P4O10+6H2O→4H3PO4


◆関連項目
リン
非金属元素まとめ


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2021年03月31日

高校化学「化学反応式と数量の関係」アルミニウムと希硫酸の反応で1.4Lの水素を得るとき

高校化学「化学反応式と数量の関係」アルミニウムと希硫酸の反応で1.4Lの水素を得るとき

◆問題

アルミニウムに希硫酸を加えると、水素が発生し、硫酸アルミニウムAl2(SO4)3を生じる。この反応について、次の問いに答えよ。

(1) この化学変化を化学反応式で表せ。

(2) 1.2gのアルミニウムと反応する硫酸は何gか。

(3) 標準状態で1.4Lの水素を得るために必要なアルミニウムは何gか。


解答はこのページ下に掲載します。


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(1) この化学変化を化学反応式で表せ。で、化学反応式は

2Al+3H2SO4→Al2(SO4)3+3H2

であることがわかりました。
化学反応式の係数は、反応する物質の個数の比、すなわち、物質量の比を表します。

今回は「1.4Lの水素を得るために必要なアルミニウムの質量」を求めます。

気体は種類にかかわらず、標準状態で1mol=22.4Lです。

1.4Lの水素は、1.4/22.4=14/224=1/16[mol]ですね。

化学反応式より、アルミニウム:水素=2:3だから、求めるアルミニウムの物質量をx[mol]とすると、

2:3=x:1/16
 3x=2/16
  x=1/24[mol]

です。

アルミニウムの原子量は27なので、1/24[mol]=27/24=9/8[g]となります。

有効数字を2桁とすると、

9/8=1.125≠1.1g


この問題の最初に戻る


◆関連項目
アセチレンと酸素の反応
炭化カルシウムと水の反応


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2021年03月30日

高校化学「化学反応式と数量の関係」1.2gのアルミニウムと反応する硫酸

高校化学「化学反応式と数量の関係」1.2gのアルミニウムと反応する硫酸

◆問題

アルミニウムに希硫酸を加えると、水素が発生し、硫酸アルミニウムAl2(SO4)3を生じる。この反応について、次の問いに答えよ。

(1) この化学変化を化学反応式で表せ。

(2) 1.2gのアルミニウムと反応する硫酸は何gか。


解答はこのページ下に掲載します。


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(1) この化学変化を化学反応式で表せ。で、化学反応式は

2Al+3H2SO4→Al2(SO4)3+3H2

であることがわかりました。
化学反応式の係数は、反応する物質の個数の比、すなわち、物質量の比を表します。

今回は1.2gのアルミニウムと反応する硫酸の質量を求めます。

アルミニウムと硫酸は、係数から2:3の比で反応することがわかります。
この比は質量の比ではなく、物質量の比です。

だから、1.2gのアルミニウムは何molなのかを求める必要があります。

アルミニウムの原子量は27なので、

1.2/27=4/90=2/45[mol]

です。
アルミニウム:硫酸=2:3なので、反応する硫酸は、

(2/45)×(3/2)=3/45=1/15[mol]

とわかりますね。
硫酸の質量を聞いているので、1/15[mol]の硫酸は何gかを求めます。

硫酸の分子量は、1×2+32+16×4=98だから、

98×1/15=6.53…

有効数字を2桁とすれば、6.5g

となります。


次の問題→標準状態で1.4Lの水素を得るとき


◆関連項目
アセチレンと酸素の反応
炭化カルシウムと水の反応


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2021年03月24日

高校化学「化学反応式と数量の関係」アルミニウムと希硫酸の反応式

高校化学「化学反応式と数量の関係」アルミニウムと希硫酸の反応式

◆問題

アルミニウムに希硫酸を加えると、水素が発生し、硫酸アルミニウムAl2(SO4)3を生じる。この反応について、次の問いに答えよ。

(1) この化学変化を化学反応式で表せ。


解答はこのページ下に掲載します。


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まずは、物質名で式にしてみると、

アルミニウム+希硫酸→硫酸アルミニウム+水素


このようになります。
次にこれを化学式で書き直すと、

Al+H2SO4→Al2(SO4)3+H2


あとは、反応前と反応後で原子が増えたり減ったりしないよう、係数を合わせます。


右辺にAlは2個、SO4は3個あるので、左辺の数を合わせると・・・

2Al+3H2SO4→Al2(SO4)3+3H2


これで完成ですね!


次の問題→アルミニウムが1.2gのとき


◆関連項目
アセチレンと酸素の反応
炭化カルシウムと水の反応


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2021年03月22日

高校化学(用語)「リン」

高校化学(用語)「リン」

★リン(phosphorus)

単体のリンには、白リン(黄リン)・赤リン・紫リン・黒リンなど数種類の同素体が存在し、それぞれ性質が異なる。


高校化学では、黄リンと赤リンの特徴を覚えておけば、ほぼ大丈夫です。

黄リン・・・淡黄色、ろう状固体、正四面体状分子P4、有毒、CS2に溶ける、自然発火するので水中に保存
赤リン・・・暗赤色、粉末、網目状分子Px、無毒、CS2に溶けない、マッチの側薬として使用される


リンの化合物には、十酸化四リンP4O10、リン酸H3PO4などがあります。


◆関連項目
非金属元素まとめ


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2021年03月21日

高校化学(用語)「窒素」

高校化学(用語)「窒素」

★窒素(nitrogen)

水に溶けにくい無色無臭の気体で、空気の約78%を占める。
亜硝酸アンモニウムを含む水溶液を加熱することで得られる。NH4NO2→2H2O+N2
工業的製法は、液体空気の分留。


お菓子の袋に充填されている気体は窒素であることは有名ですね。
普通の空気をそのまま入れると、空気中の酸素とお菓子が反応して、お菓子が劣化してしまいますが、窒素なら他の物質と反応しにくいため、酸化を防止し、長期間お菓子の品質を維持するのに役立っています。
そのほかに、冷却剤などにも使われています。


◆関連項目
硝酸アンモニア
非金属元素まとめ


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2021年03月17日

高校化学「非金属元素まとめ」

高校化学「非金属元素まとめ」

高校化学の非金属元素の性質に関する、このブログに掲載した解説・問題の一覧です。


希ガス

ハロゲン
 フッ素
 塩素
  塩酸
 臭素
 ヨウ素

硫黄
 二酸化硫黄の性質
 二酸化硫黄の製法
 三酸化硫黄
濃硫酸
希硫酸
硫化水素

窒素
 硝酸
 アンモニア

リン
 十酸化四リン
 リン酸

炭素
ケイ素
二酸化ケイ素
ケイ酸

気体の性質


まだまだ追加していきます!
リクエストがあればお気軽にどうぞ!


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2021年03月05日

高校化学「マンガン電池」

高校化学「マンガン電池」

マンガン電池について次の空欄に適語を入れよ。

マンガン乾電池は、「負極Zn|NH4Claq,ZnCl2aq|MnO2,C正極」と表される。使用時には、負極で(@)が酸化されて、(A)となり、正極では(B)が還元される。(B)は電極であると同時に(C)剤も兼ねている。マンガン乾電池の起電力は約(D)Vである。


解答はこのページ下に掲載します。


2021年用共通テスト実戦模試(9)化学



@亜鉛Zn,A亜鉛イオンZn2+,B二酸化マンガンMnO2,C減極,D1.5

マンガン乾電池は、「負極Zn|NH4Claq,ZnCl2aq|MnO2,C正極」と表される。使用時には、負極で亜鉛Znが酸化されて、亜鉛イオンZn2+となり、正極では二酸化マンガンMnO2が還元される。MnO2は電極であると同時に減極剤も兼ねている。マンガン乾電池の起電力は約1.5Vである。


両極での反応式は以下のようになる。
負極:Zn→Zn2++2e-
正極:MnO2+MH4++e-→MnO(OH)+NH3



◆関連問題
ボルタ電池ダニエル電池鉛蓄電池燃料電池


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2021年02月27日

高校化学「化学反応式と数量の関係」アセチレン3.9gと酸素11.2L

高校化学「化学反応式と数量の関係」アセチレン3.9gと酸素11.2L

◆問題

アセチレン3.9gと酸素11.2Lを混合し、燃焼させた。反応終了後、反応せずに残る物質があればその名称と質量を答えよ。


解答はこのページ下に掲載します。


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アセチレンと酸素の反応は以下のように表されます。

2C2H2+5O2→4CO2+2H2O

この化学反応式の係数は、反応する個数の比すなわち、物質量の比を表します。
つまり、アセチレンと酸素は2:5の割合で反応し、二酸化炭素と水は4:2の割合で生じる。というわけです。

今回の問題では、質量と体積で数量が与えられていたので、それぞれ物質量に直していきましょう!

アセチレンはC2H2なので分子量は12×2+1×2=26です。
3.9gのアセチレンは、3.9/26=3/20=0.015[mol]です。

酸素は11.2Lなので、11.2/22.4=0.5[mol]です。

仮に酸素が全て使われるとすると、アセチレンは0.5×2/5=0.2[mol]必要になり、足りません。

アセチレンが全て使われたとき、酸素は0.15×5/2=0.375[mol]使われます。これなら足りてますね。

というわけで、アセチレンが全て使われ、酸素が残ります。
そして、その量は0.5−0.375=0.125[mol]です。


◆関連項目
アセチレンと水の化学反応式
炭化カルシウムと水の反応


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高校化学「化学反応式」アセチレンと酸素

高校化学「化学反応式」アセチレンと酸素

◆問題

アセチレンと酸素を混合し、完全燃焼させた。この化学変化を化学反応式で表せ。


解答はこのページ下に掲載します。


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最初に、それぞれの化学式を確認してみましょう。

アセチレンはC2H2、酸素はO2ですね。

これらが反応し、完全燃焼すると、水H2Oと二酸化炭素CO2が生じます。

というわけで、まずは係数を無視して式を作ってみると、

C2H2+O2→CO2+H2O

となります。
化学反応の前後では、原子の個数は変化しないことと、化学反応式では係数は整数にすることに注意して係数を定めてみれば、

2C2H2+5O2→4CO2+2H2O


◆関連項目
炭化カルシウムと水の反応


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2021年01月10日

高校化学「化学平衡」「電離定数」酢酸水溶液の電離定数

高校化学「化学平衡」「電離定数」酢酸水溶液の電離定数

◆問題

酢酸水溶液中では、次の式のような電離平衡が成立している。

CH3COOH↔CH3COO-+H+

酢酸,酢酸イオン,水素イオンのモル濃度をそれぞれ[CH3COOH],[CH3COO-],[H+]とし、酢酸の電離度は1よりも充分に小さいものとして次の問いに答えよ。

(1) 電離定数Kaを表す式を、[CH3COOH],[CH3COO-],[H+]を用いて表せ。

(2) 電離定数Kaを2.8×10^(-5)mol/Lとして、7.0×10^(-2)mol/Lの酢酸水溶液中の酢酸の電離度αを求めよ。


この記事では(2)を解説します。


★★ お知らせ ★★

AE個別学習室(えまじゅく)水戸教室では、学校の授業の補習、定期テスト対策だけでなく、「大学入試共通テスト」の対策授業を行っています。
従来のセンター試験や試行テストの内容を踏まえて、理系文系全科目の指導が可能です。
マンツーマンの授業なので「ゼロからのスタートの人は中学の復習から」「基本ができている人は応用問題の解き方中心に」など、ひとりひとりの状況に合わせて授業を行います。
適切な時期に適切な対策をすれば、どんな目標でも達成可能です。志望校を諦める前に、まずは一度ご相談ください。


◆解説

(1)で電離定数Ka=[CH3COO-]・[H+]/[CH3COOH]であることを求めました。

(2)では、これらのモル濃度の一部が与えられていて、電離度αを求めていきます。

イオン反応式はCH3COOH↔CH3COO-+H+なので、CH3COO-とH+は、1:1の割合で生成することがわかります。

さらに、酢酸の濃度は7.0×10^(-2)mol/Lで、電離度はαなので、[CH3COO-]=[H+]=α×7.0×10^(-2)です。
平衡時にはこれだけ電離しているので、CH3COOHはその分だけ減少して、[CH3COOH]=7.0×10^(-2)−α×7.0×10^(-2)=(1−α)×7.0×10^(-2)ですが、αは充分に小さいので、1−α=1とみなして、平衡時の[CH3COOH]も7.0×10^(-2)と考えます。

電離定数は2.8×10^(-5)mol/Lだから、これらの値をKa=[CH3COO-]・[H+]/[CH3COOH]に代入すれば、αの式を作ることができますね!やってみましょう!

2.8×10^(-5)={α×7.0×10^(-2)}^2/7.0×10^(-2)

右辺を7.0×10^(-2)で約分すると、

2.8×10^(-5)=α^2×7.0×10^(-2)

両辺を入れ替えて、さらに7.0×10^(-2)で割ると、

α^2=2.8×10^(-5)/7.0×10^(-2)
  =0.40×10^(-3)=4.0×10^(-4)

よって、α=2.0×10^(-2)


今回の問題では、酢酸の濃度や電離定数が数字で与えられていたので、そのまま代入して立式してみましたが、通常は、電離定数Ka,酢酸のモル濃度をc,電離度αとして、Ka=(cα^2)/(1−α)より、α=√(Ka/c)を導いて解く方が模範的です。この模範的な方の解き方は他の問題で掲載したいと思います。


次の問題→酢酸の電離度


◆関連問題
酢酸1.0[mol]とエタノール1.0[mol]の混合物の化学平衡


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高校化学(用語)「電離平衡」

高校化学(用語)「電離平衡」

★電離平衡(ionic equilibrium)

電解質溶液などで、電離と再結合がつり合っている状態のこと。

例えば、一定の条件下では、

CH3COOH↔CH3COO-+H+

見かけ上この反応が止まっているように見えることがあります。
これは実際は反応が起こっていないのではなく、「左→右」の反応と「右→左」の反応の速度が等しいから止まって見えるというわけです。

この考えは、普通の化学平衡と同じです。
反応の種類としては「電離」だから「電離平衡」と呼ぶ。というだけですね。

だから、電離定数の求め方も、普通の平衡定数の求め方と同じです。

つまり、「電離定数=(右辺のモル濃度の積)/(左辺のモル濃度の積)」です。


◆ 関連項目
平衡定数、緩衝液


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2021年01月09日

高校化学「化学平衡」「電離定数」酢酸水溶液の電離定数

高校化学「化学平衡」「電離定数」酢酸水溶液の電離定数

◆問題

酢酸水溶液中では、次の式のような電離平衡が成立している。

CH3COOH↔CH3COO-+H+

酢酸,酢酸イオン,水素イオンのモル濃度をそれぞれ[CH3COOH],[CH3COO-],[H+]とし、酢酸の電離度は1よりも充分に小さいものとして次の問いに答えよ。

(1) 電離定数Kaを表す式を、[CH3COOH],[CH3COO-],[H+]を用いて表せ。


★★ お知らせ ★★

AE個別学習室(えまじゅく)水戸教室では、学校の授業の補習、定期テスト対策だけでなく、「大学入試共通テスト」の対策授業を行っています。
従来のセンター試験や試行テストの内容を踏まえて、理系文系全科目の指導が可能です。
マンツーマンの授業なので「ゼロからのスタートの人は中学の復習から」「基本ができている人は応用問題の解き方中心に」など、ひとりひとりの状況に合わせて授業を行います。
適切な時期に適切な対策をすれば、どんな目標でも達成可能です。志望校を諦める前に、まずは一度ご相談ください。


◆解説

電離定数Kaも、要するに平衡定数です。
だから、Kaの求め方は、普通に平衡定数の求め方と同じです。
つまり、

Ka=(右辺のモル濃度の積)/(左辺のモル濃度の積)

です。

この場合は、左辺にCH3COOH,右辺にCH3COO-とH+があるので、

Ka=[CH3COO-]・[H+]/[CH3COOH]

となります。


次の問題→酢酸の電離度


◆関連問題
酢酸1.0[mol]とエタノール1.0[mol]の混合物の化学平衡


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2020年12月15日

高校化学(用語)「物質量」「アボガドロ定数」

高校化学(用語)「物質量」「アボガドロ定数」

★物質量(amount of substance)

質量数12の炭素の質量が12gになるときの炭素原子の個数が1molであり、このmolで表される数量を物質量という。


★アボガドロ定数(Avogadro constant)

1mol≒6.02×10^23個であり、6.02×10^23をアボガドロ定数という。


アボガドロ定数に等しい個数の粒子があるとき、1molの粒子がある。ということができます。
そして、1molの粒子があるとき、その原子量や分子量、式量にgをつけた質量になる。ことを、まずは覚えましょう!
例えば、Cが1.0molあれば12g,O2が1.0molあれば16×2=32g,NH3が1.0molあれば14+3=17gなどなど。

そして気体の場合は、気体の種類にかかわらず、標準状態での体積は1mol=22.4Lです。
例えば、O2が1.0molでも、NH3が1.0molでも、その他の気体でも標準状態ならば1.0mol=22.4Lです。

モル(物質量)がわかると、質量、体積、個数が全てわかるので、あらゆる分野の計算問題でモルを利用します。
高校化学の数量の計算では、「まずはモルを求める」ことを一つの目標にしておくと良いと思います。


◆関連項目
モル濃度質量パーセント濃度


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2020年11月25日

高校化学(用語)「平衡定数」

高校化学(用語)「平衡定数」

★平衡定数(equilibrium constant)

可逆反応において、化学反応の平衡状態を物質の存在比で表したものを平衡定数という。
温度が一定ならば、平衡定数は一定になる。


モル濃度を用いて表した平衡定数を特に「濃度平衡定数」とも呼ぶこともあります。

(濃度)平衡定数を求める式は

平衡定数K=(右側のモル濃度の積)/(左側のモル濃度の積)

という形になります。
モル濃度の積なので、例えば係数2がついていれば(モル濃度)×(モル濃度)=(モル濃度)^2となります。


理想気体では物質量と分圧は比例するので、気体の場合は分圧を用いて平衡定数を表す場合もあります。
分圧を用いて表した平衡定数を「圧平衡定数」といいます。


◆ 関連項目
電離平衡、緩衝液


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2020年11月24日

高校化学「化学平衡」酢酸1.0[mol]とエタノール1.0[mol]の混合物

高校化学「化学平衡」酢酸1.0[mol]とエタノール1.0[mol]の混合物

◆問題

酢酸1.0[mol]とエタノール1.0[mol]の混合物を反応させ、ある一定温度で平衡状態に達したとき、酢酸が0.25[mol]に減少していたという。次の反応式を参考にして、この温度におけるこの反応の平衡定数を求めよ。

CH3COOH+C2H5OH↔CH3COOC2H5+H2O


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AE個別学習室(えまじゅく)水戸教室では、学校の授業の補習、定期テスト対策だけでなく、「大学入試共通テスト」の対策授業を行っています。
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適切な時期に適切な対策をすれば、どんな目標でも達成可能です。志望校を諦める前に、まずは一度ご相談ください。


◆解説

平衡定数を求めるためには、平衡状態におけるそれぞれの物質のモル濃度を求める必要があります。
モル濃度は1Lあたりの物質量なので、まずは平衡状態における物質量を求めていきます。
そのためには、平衡の量的関係に関する表を書くのが一般的です。はじめの状態、変化量、平衡時の3つの数量を表にしていきます。

まずは、「はじめの状態」は、「酢酸1.0[mol]とエタノール1.0[mol]」で、まだ反応は起こっていないので、

    CH3COOH+C2H5OH↔CH3COOC2H5+H2O
はじめ   1.0    1.0     0      0


このようになります。
そして、「平衡状態に達したとき、酢酸が0.25[mol]に減少していた」なので、平衡時の酢酸の物質量が0.25[mol]です。この状態を表すと、

    CH3COOH+C2H5OH↔CH3COOC2H5+H2O
はじめ   1.0    1.0     0      0
変化量
平衡時  0.25

このようになります。
反応式から、1:1:1:1の割合で反応するので、C2H5OHも0.25molになったと推定できます。

    CH3COOH+C2H5OH↔CH3COOC2H5+H2O
はじめ   1.0    1.0     0      0
変化量
平衡時  0.25   0.25

酢酸とエタノールが0.25molになったということは、これら2つの物質の変化量は−0.75ですね。
さらに反応式から、反応語の酢酸エチルと水は0.75増加すると推定できます。

    CH3COOH+C2H5OH↔CH3COOC2H5+H2O
はじめ   1.0    1.0     0      0
変化量 −0.75  −0.75   +0.75  +0.75
平衡時  0.25   0.25

酢酸エチルと水は0.75mol増加したので、0から0.75になります。

    CH3COOH+C2H5OH↔CH3COOC2H5+H2O
はじめ   1.0    1.0     0      0
変化量 −0.75  −0.75   +0.75  +0.75
平衡時  0.25   0.25    0.75   0.75

ということで、平衡の量的関係を表す図は完成しました。
つまり、平衡時には酢酸とエタノールは0.25mol,酢酸エチルと水は0.75mol存在することになります。
体積は与えられていないので、V[L]とすると、それぞれのモル濃度は0.25/V,0.75/Vとなります。

平衡定数=(右側のモル濃度の積)/(左側のモル濃度の積)

なので、わかった値を代入すると、

K={(0.75/V)×(0.75/V)}/{0.25/V)×(0.25/V)}

分子と分母のVの個数が同じなので、Vを全て消去して、数字も約分すると、

K=3×3/1×1=9

有効数字を2桁とすれば、K=9.0


◆関連問題
ハーバー・ボッシュ法


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2020年11月19日

高校化学「電池まとめ」

高校化学「電池まとめ」

高校化学の電池に関する、このブログに掲載した解説・問題の一覧です。


◆ 問題

電池の仕組み
ボルタ電池
ダニエル電池
鉛蓄電池
希硫酸と鉛蓄電池
マンガン電池
燃料電池の式、電気量
電気分解と電池


◆ プチまな

水素の性質に関する問題
金属の性質に関する問題


まだまだ追加していきます!
リクエストがあればお気軽にどうぞ!


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2020年11月11日

高校化学「濃度まとめ」

高校化学「濃度まとめ」

化学の濃度に関する、このブログに掲載した解説・問題の一覧です。


◆ 公式・用語

溶液
密度
物質量、アボガドロ定数

質量パーセント濃度
モル濃度
溶解度


◆ 問題

20gの水酸化ナトリウムを100gの水に溶かした。この水溶液の質量パーセント濃度を求めよ。
50℃の硝酸カリウム飽和水溶液70gから水を完全に蒸発させると、何gの結晶が得られるか?
30℃における硝酸カリウム水溶液の飽和水溶液の質量パーセント濃度

12[mol/L]の塩酸を水で薄めて、2.0[mol/L]の塩酸を150[mL]つくりたい。12[mol/L]の塩酸は何mL必要か
亜鉛Znと塩酸(HCl水溶液)の反応
36.5%の塩酸のモル濃度を求めよ。
質量パーセント濃度が49%、密度が1.6g/mLの水溶液(溶質の分子量は98)のモル濃度を求めよ。


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こんなヤツです
名前:江間淳
年齢:41
職業:プロ家庭教師、AE個別学習室(えまじゅく)代表、翻訳者
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