8年生

反応式の係数合わせ・収率

両辺で各元素の原子数が等しくなる係数を選ぶ。平衡式から理論生成量を計算し、実収率と比べる。

直観直観：粒子と変化

レシピでは人数を倍にすると全材料を倍にする。化学反応式の係数も粒子数の比を表す。

反応の前後で N原子2個とH原子6個は同じ。N₂1個にH₂3個のときだけ原子が余らない。これが係数比である。

定義: 要点

平衡化学反応式では反応物側と生成物側の各元素の原子数が等しい。収率は実際量を理論量で割って100%を掛ける。

係数だけを変え、添字は変えない。H₂OをH₂O₂に変えると別物質になる。最後に最小の整数比にする。

\eta=\frac{m_{\mathrm{actual}}}{m_{\mathrm{theoretical}}}\times100\%

例: 例題

Fe + O₂ → Fe₂O₃を係数合わせせよ。

解答

最小整数比は4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃。両辺にFe原子4個、O原子6個がある。

例: もう一題

Al + O₂ → Al₂O₃を係数合わせせよ。

解答

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃ — 両辺にAl原子4個とO原子6個がある。

$\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}$ では両辺にH原子4個、O原子2個がある。理論量18 gに対し15 g得られたなら収率は $15/18\times100\%=83.3\%$ 。

酸素と水素を含む反応では一貫して最初か最後に合わせる。現れる式の少ない元素から始め、終了前に全元素が両辺で一致するか確認する。

例: 計算・応用例題

実験でH₂ 4.0 gを過剰のO₂と反応させるとH₂O 32.4 gが得られた。収率（%）を求めよ。

解答

n(H₂) = 4.0 / 2.0 = 2.0 mol。理論量 n(H₂O) = 2.0 molより理論質量 = 2.0 × 18.0 = 36.0 g。収率 = (32.4 / 36.0) × 100% = 90.0%。