2019年08月08日

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

BA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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2019年07月22日

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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2019年07月21日

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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2019年07月17日

解答1C高校化学基本問題「脂肪族炭化水素」「エチレン」

解答1C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1B高校化学基本問題「脂肪族炭化水素」「エチレン」

解答1B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1A高校化学基本問題「脂肪族炭化水素」「エチレン」

解答1A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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2019年06月16日

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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2019年06月06日

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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2019年05月22日

高校化学「化学反応式」「物質量」

高校化学「化学反応式」「物質量」

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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2019年05月18日

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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2019年05月17日

高校化学「化学反応式」「燃焼」

高校化学「化学反応式」「燃焼」

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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2019年04月24日

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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posted by えま at 13:53| Comment(0) | 高校化学 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

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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posted by えま at 09:21| Comment(0) | 高校化学 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2019年04月19日

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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posted by えま at 23:44| Comment(0) | 高校化学 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

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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