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化学変化と物質の質量

1 化学変化の前後での物質の質量

(1)沈殿ができる化学変化

 化学変化の前後で物質全体の質量は変化しません。

硫酸バリウム(BaSO4

 うすい硫酸(H2SO4)と塩化バリウム水溶液(BaCl2)の混合によって白い沈殿が生じます。
 (反応式)  H2SO4+BaCl2→BaSO4+2HCl

硫酸ナトリウム水溶液と塩化バリウム水溶液の混合でも硫酸バリウムの沈殿が生じます。

 (反応式) Na2SO4+BaCl2→BaSO4+2NaCl

炭酸ナトリウム水溶液(Na2CO3)と塩化カルシウム水溶液(CaCl2)の混合では,炭酸カルシウム(CaCO3)の沈殿が生じます。

 (反応式)  Na2CO3+CaCl2→CaCO3+2NaCl

〈うすい硫酸と塩化バリウム水溶液の反応〉

(2)気体が関係する化学変化

  • 密閉された容器内での反応

     化学変化の前後で,物質全体の質量は変化しません。

  • 密閉されていない容器内の反応

     気体が発生する化学変化は,発生した気体は空気中に逃げていった分だけ,反応後の質量は減少します。
     空気中の酸素と結びつく化学変化は,酸素が結びついた分だけ,反応後の質量は増加します。

実験 変化のようす 反応後の質量
炭酸水素ナトリウムに塩酸を加える 二酸化炭素が発生 減少する
石灰石(炭酸カルシウム)に塩酸を加える 二酸化炭素が発生 減少する
空気中で銅を加熱する 酸化銅ができる 増加する

〈炭酸水素ナトリウムと塩酸の反応〉

(3)質量保存の法則

 化学変化の前後で,原子の組み合わせは変わるが,原子の種類と数は変わらないため,物質全体の質量は変わりません。これを質量保存の法則といいます。物質に起こるすべての化学変化について成り立ちます。

2 化学変化する物質の質量の割合

(1)一定量の物質と反応する物質の量

 一方の物質の量が決まっていれば,もう一方の物質がどれだけ多くあっても,反応する量は決まっています。

一定量の金属と酸素の化合
一定量の金属と化合する酸素の質量には限界があります。

〈金属と酸素の化合と質量の変化〉

(2)化合物をつくる物質の質量の比

 2種類の物質AとBが結びついて化合物をつくるとき,AとBはいつも一定の質量の比で結びつきます。

  • 銅と酸素の質量の比

     銅と酸素は,常に4:1の質量の比で結びつきます。また,もとの銅とできた酸化銅の質量の比は,常に4:(4+1)=4:5となります。

  • 〈銅と酸素の質量の関係〉

  • マグネシウムと酸素の質量の比

     マグネシウムと酸素は,常に3:2の質量の比で結びつきます。また,もとのマグネシウムとできた酸化マグネシウムの質量の比は,常に3:(3+2)=3:5となります。

  • 〈マグネシウムと酸素の質量の関係〉

化合物を構成する原子の質量の比は一定であるので,原子の質量の比から,過不足なく反応する物質の質量の比がわかります。酸化銅(CuO)は,銅原子(Cu)が1つと酸素原子(O)が1つの割合で結びついています。銅の原子量は64,酸素の原子量は16です。よって,銅と酸素は,64:16=4:1の質量の比で化合します。それぞれの物質の原子量は,周期表で確かめられます。

※原子量…原子1つの質量の比を表す値を原子量といいます。

※周期表…元素が原子番号の順番に書かれた表のことを周期表といいます。

(3)酸化銅の還元と質量

 酸化銅は銅と酸素が4:1の質量の比で化合した物質ですので,酸化銅と完全に還元されてできる銅の質量の比は,常に(4+1):4=5:4になります。

酸化銅の還元と質量

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