化学反応式と量的関係の計算

まず、炭素の物質量を求めます。$n=\dfrac{w}{M}$ に $w=3.0$、$M=12$ を代入します。

$n_{\ce{C}} = \frac{3.0}{12} = 0.25\,\mathrm{mol}$

反応式の係数を見ると、$\ce{C}$ と $\ce{CO2}$ の係数はどちらも1なので、物質量の比は $1:1$ です。したがって、生成する $\ce{CO2}$ の物質量も $0.25\,\mathrm{mol}$ になります。

$n_{\ce{CO2}} = 0.25\,\mathrm{mol}$

最後に、$\ce{CO2}$ の質量を求めます。$w=nM$ に $n=0.25$、$M=44$ を代入します。

$w = 0.25\times44 = 11\,\mathrm{g}$

答え:11 g

まず、炭酸カルシウムの物質量を求めます。$n=\dfrac{w}{M}$ に $w=5.0$、$M=100$ を代入します。

$n_{\ce{CaCO3}} = \frac{5.0}{100} = 0.050\,\mathrm{mol}$

反応式の係数を見ると、$\ce{CaCO3}$ と $\ce{CO2}$ の係数はどちらも1なので、物質量の比は $1:1$ です。「十分な量の希塩酸」とあるので、塩酸が不足することはなく、炭酸カルシウムがすべて反応すると考えられます。したがって、発生する $\ce{CO2}$ の物質量も $0.050\,\mathrm{mol}$ です。

$n_{\ce{CO2}} = 0.050\,\mathrm{mol}$

標準状態における気体の体積は、物質量に $22.4\,\mathrm{L/mol}$ を掛けて求めます。

$V = 0.050\times22.4 = 1.12\,\mathrm{L}$

答え:1.12 L

まず、それぞれの反応物の物質量を、係数で割った値を比較して、どちらが先に無くなる(限定反応物になる)かを判定します。

$\ce{N2}: \frac{1.0}{1} = 1.0,\qquad \ce{H2}: \frac{2.0}{3} \approx 0.67$

この値が小さい方、つまり $\ce{H2}$ の方が先に無くなります。したがって、$\ce{H2}$ が限定反応物です。

限定反応物(H2)を基準に計算する

$\ce{H2}$ が $2.0\,\mathrm{mol}$ すべて反応するとして、係数の比 $\ce{N2}:\ce{H2}:\ce{NH3}=1:3:2$ を使います。

反応した $\ce{N2}$ の物質量は、$\ce{H2}$ との比 $1:3$ を使って、

$2.0\times\frac{1}{3} = \frac{2.0}{3} \approx 0.67\,\mathrm{mol}$

生成する $\ce{NH3}$ の物質量は、$\ce{H2}$ との比 $2:3$ を使って、

$2.0\times\frac{2}{3} = \frac{4.0}{3} \approx 1.3\,\mathrm{mol}$

残る気体の物質量

最初にあった $\ce{N2}$ は $1.0\,\mathrm{mol}$ でしたが、そのうち $\dfrac{2.0}{3}\,\mathrm{mol}$ が反応で使われたので、残る $\ce{N2}$ は、

$1.0-\frac{2.0}{3} = \frac{3.0-2.0}{3} = \frac{1.0}{3} \approx 0.33\,\mathrm{mol}$

答え:生成するアンモニアは約1.3mol。反応せずに残る気体は窒素で、約0.33mol残る。

$n_{\ce{Zn}}=\dfrac{6.5}{65}=0.10\,\mathrm{mol}$。係数比1:1より $n_{\ce{H2}}=0.10\,\mathrm{mol}$。$V=0.10\times22.4=2.24\,\mathrm{L}$