第4章化学反応の量的関係

Key Concepts and Summary重要な概念とまとめ

A balanced chemical equation may be used to describe a reaction’s stoichiometry (the relationships between amounts of reactants and products). Coefficients from the equation are used to derive stoichiometric factors that subsequently may be used for computations relating reactant and product masses, molar amounts, and other quantitative properties.

係数のつり合った化学反応式を使うと、反応の化学量論（反応物と生成物の量の関係）を表せる。反応式の係数から化学量論因子を導き、それを用いて、反応物と生成物の質量、物質量、その他の定量的性質を関係づける計算ができる。

Chemistry End of Chapter Exercises化学・章末問題

Exercises 42–59練習問題 42–59

Exercise 42問題 42

Write the balanced equation, then outline the steps necessary to determine the information requested in each of the following:

係数のつり合った反応式を書き、次の各項目で求められている情報を得るために必要な手順の概要を示しなさい。

(a) The number of moles and the mass of chlorine, Cl₂, required to react with 10.0 g of sodium metal, Na, to produce sodium chloride, NaCl.

(a) 金属ナトリウムNa 10.0 gと反応して塩化ナトリウムNaClをつくるのに必要な、塩素Cl₂の物質量と質量。

(b) The number of moles and the mass of oxygen formed by the decomposition of 1.252 g of mercury(II) oxide.

(b) 酸化水銀(II) 1.252 gの分解で生じる、酸素の物質量と質量。

(c) The number of moles and the mass of sodium nitrate, NaNO₃, required to produce 128 g of oxygen. (NaNO₂ is the other product.)

(d) The number of moles and the mass of carbon dioxide formed by the combustion of 20.0 kg of carbon in an excess of oxygen.

(d) 過剰の酸素中で炭素20.0 kgを燃焼させたときに生じる、二酸化炭素の物質量と質量。

(e) The number of moles and the mass of copper(II) carbonate needed to produce 1.500 kg of copper(II) oxide. (CO₂ is the other product.)

(e) 酸化銅(II) 1.500 kgを生じるのに必要な、炭酸銅(II)の物質量と質量（もう一つの生成物はCO₂）。

(f)

二つの構造式を含む設問。「次の物質の物質量と質量」に続いて、中心のC原子二つが水平の単結合で結ばれた構造が示されています。両方のCには上下にHが結合し、左のCには左側にBr、右のCには右側にBrが結合しています。続いて「次の物質12.85 gの反応で生じる」と書かれ、C原子二つが水平の二重結合で結ばれた構造があります。左のCには左上・左下にH、右のCには右上・右下にHが結合しています。最後に「過剰のBr₂と」と書かれています。

OpenStax, Rice University; Chemistry 2e. · CC BY 4.0 · Source出典

Exercise 43問題 43

Determine the number of moles and the mass requested for each reaction in Exercise 42.

問題42の各反応について、求められている物質量と質量を求めなさい。

Solution解き方

(a) 0.435 mol Na, 0.217 mol Cl₂, 15.4 g Cl₂; (b) 0.005780 mol HgO, 2.890

\times

10⁻³ mol O₂, 9.248

\times

10⁻² g O₂; (c) 8.00 mol NaNO₃, 6.8

\times

10² g NaNO₃; (d) 1665 mol CO₂, 73.3 kg CO₂; (e) 18.86 mol CuO, 2.330 kg CuCO₃; (f) 0.4580 mol C₂H₄Br₂, 86.05 g C₂H₄Br₂

(a) 0.435 mol Na, 0.217 mol Cl₂, 15.4 g Cl₂; (b) 0.005780 mol HgO, 2.890

\times

10⁻³ mol O₂, 9.248

\times

10⁻² g O₂; (c) 8.00 mol NaNO₃, 6.8

\times

10² g NaNO₃; (d) 1665 mol CO₂, 73.3 kg CO₂; (e) 18.86 mol CuO, 2.330 kg CuCO₃; (f) 0.4580 mol C₂H₄Br₂, 86.05 g C₂H₄Br₂

Exercise 44問題 44

Write the balanced equation, then outline the steps necessary to determine the information requested in each of the following:

係数のつり合った反応式を書き、次の各項目で求められている情報を得るために必要な手順の概要を示しなさい。

(a) The number of moles and the mass of Mg required to react with 5.00 g of HCl and produce MgCl₂ and H₂.

(a) HCl 5.00 gと反応し、MgCl₂とH₂を生じるのに必要なMgの物質量と質量。

(b) The number of moles and the mass of oxygen formed by the decomposition of 1.252 g of silver(I) oxide.

(b) 酸化銀(I) 1.252 gの分解で生じる、酸素の物質量と質量。

(c) The number of moles and the mass of magnesium carbonate, MgCO₃, required to produce 283 g of carbon dioxide. (MgO is the other product.)

(d) The number of moles and the mass of water formed by the combustion of 20.0 kg of acetylene, C₂H₂, in an excess of oxygen.

(d) 過剰の酸素中でアセチレンC₂H₂ 20.0 kgを燃焼させたときに生じる、水の物質量と質量。

(e) The number of moles and the mass of barium peroxide, BaO₂, needed to produce 2.500 kg of barium oxide, BaO (O₂ is the other product.)

(e) 酸化バリウムBaO 2.500 kgを生じるのに必要な、過酸化バリウムBaO₂の物質量と質量（もう一つの生成物はO₂）。

(f)

二つの構造式を含む設問。「次の物質の物質量と質量」に続き、中央のC原子二つが水平の二重結合で結ばれた構造があります。左のCには左上・左下にH、右のCには右上・右下にHが結合しています。続いて「H₂Oと反応して次の物質9.55 gをつくるのに必要な」と書かれ、C原子二つが水平の単結合で結ばれた構造があります。左のCには上・左・下にH、右のCには上・下にHが結合しています。右のCの右側にOが単結合し、そのOの右側にH一つが結合しています。

OpenStax, Rice University; Chemistry 2e. · CC BY 4.0 · Source出典

Exercise 45問題 45

Determine the number of moles and the mass requested for each reaction in Exercise 44.

問題44の各反応について、求められている物質量と質量を求めなさい。

Solution解き方

(a) 0.0686 mol Mg, 1.67 g Mg; (b) 2.701

\times

10⁻³ mol O₂, 0.08644 g O₂; (c) 6.43 mol MgCO₃, 542 g MgCO₃ (d) 768 mol H₂O, 13.8 kg H₂O; (e) 16.31 mol BaO₂, 2762 g BaO₂; (f) 0.207 mol C₂H₄, 5.81 g C₂H₄

(a) 0.0686 mol Mg, 1.67 g Mg; (b) 2.701

\times

10⁻³ mol O₂, 0.08644 g O₂; (c) 6.43 mol MgCO₃, 542 g MgCO₃ (d) 768 mol H₂O, 13.8 kg H₂O; (e) 16.31 mol BaO₂, 2762 g BaO₂; (f) 0.207 mol C₂H₄, 5.81 g C₂H₄

Exercise 46問題 46

H₂ is produced by the reaction of 118.5 mL of a 0.8775-M solution of H₃PO₄ according to the following equation:

2 Cr + 2 H_{3} {PO}_{4} ⟶ 3 H_{2} + 2 {CrPO}_{4} .

0.8775 MのH₃PO₄水溶液118.5 mLが、次の式に従って反応し、H₂を生じる。

2 Cr + 2 H_{3} {PO}_{4} ⟶ 3 H_{2} + 2 {CrPO}_{4} .

(a) Outline the steps necessary to determine the number of moles and mass of H₂.

(a) H₂の物質量と質量を求めるために必要な手順の概要を示しなさい。

(b) Perform the calculations outlined.

(b) 示した手順に従って計算しなさい。

Exercise 47問題 47

Gallium chloride is formed by the reaction of 2.6 L of a 1.44 M solution of HCl according to the following equation:

2 Ga + 6 HCl ⟶ 2 {GaCl}_{3} + 3 H_{2} .

1.44 MのHCl水溶液2.6 Lが次の式に従って反応し、塩化ガリウムを生じる。

2 Ga + 6 HCl ⟶ 2 {GaCl}_{3} + 3 H_{2} .

(a) Outline the steps necessary to determine the number of moles and mass of gallium chloride.

(a) 塩化ガリウムの物質量と質量を求めるために必要な手順の概要を示しなさい。

(b) Perform the calculations outlined.

(b) 示した手順に従って計算しなさい。

Solution解き方

(a)

volume HCl solution ⟶ mol HCl ⟶ {mol GaCl}_{3};

(b) 1.25 mol GaCl₃, 2.2

\times

10² g GaCl₃

(a)

HCl水溶液の体積 ⟶ mol HCl ⟶ {mol GaCl}_{3};

(b) 1.25 mol GaCl₃, 2.2

\times

10² g GaCl₃

Exercise 48問題 48

I₂ is produced by the reaction of 0.4235 mol of CuCl₂ according to the following equation:

2 {CuCl}_{2} + 4 KI ⟶ 2 CuI + 4 KCl + I_{2} .

CuCl₂ 0.4235 molが次の式に従って反応し、I₂を生じる。

2 {CuCl}_{2} + 4 KI ⟶ 2 CuI + 4 KCl + I_{2} .

(a) How many molecules of I₂ are produced?

(a) I₂分子はいくつ生じるか。

(b) What mass of I₂ is produced?

(b) I₂は何g生じるか。

Exercise 49問題 49

Silver is often extracted from ores such as K[Ag(CN)₂] and then recovered by the reaction

2 K [Ag {(CN)}_{2}] (a q) + Zn (s) ⟶ 2Ag (s) + Zn {(CN)}_{2} (a q) + 2 KCN (a q)

英語のヒント

銀はしばしば、K[Ag(CN)₂]のような鉱石から抽出された後、次の反応で回収される。

2 K [Ag {(CN)}_{2}] (a q) + Zn (s) ⟶ 2Ag (s) + Zn {(CN)}_{2} (a q) + 2 KCN (a q)

(a) How many molecules of Zn(CN)₂ are produced by the reaction of 35.27 g of K[Ag(CN)₂]?

(a) K[Ag(CN)₂] 35.27 gの反応によって、Zn(CN)₂分子はいくつ生じるか。

(b) What mass of Zn(CN)₂ is produced?

(b) Zn(CN)₂は何g生じるか。

Solution解き方

(a) 5.337

\times

10²² molecules; (b) 10.41 g Zn(CN)₂

(a) 分子5.337

\times

10²²個、(b) Zn(CN)₂ 10.41 g

Exercise 50問題 50

What mass of silver oxide, Ag₂O, is required to produce 25.0 g of silver sulfadiazine, AgC₁₀H₉N₄SO₂, from the reaction of silver oxide and sulfadiazine?

2 C_{10} H_{10} N_{4} {SO}_{2} + {Ag}_{2} O ⟶ 2 {AgC}_{10} H_{9} N_{4} {SO}_{2} + H_{2} O

酸化銀とスルファジアジンの反応から、スルファジアジン銀AgC₁₀H₉N₄SO₂ 25.0 gをつくるには、酸化銀Ag₂Oが何g必要か。

2 C_{10} H_{10} N_{4} {SO}_{2} + {Ag}_{2} O ⟶ 2 {AgC}_{10} H_{9} N_{4} {SO}_{2} + H_{2} O

Exercise 51問題 51

Carborundum is silicon carbide, SiC, a very hard material used as an abrasive on sandpaper and in other applications. It is prepared by the reaction of pure sand, SiO₂, with carbon at high temperature. Carbon monoxide, CO, is the other product of this reaction. Write the balanced equation for the reaction, and calculate how much SiO₂ is required to produce 3.00 kg of SiC.

英語のヒント

カーボランダムは炭化ケイ素SiCのことで、非常に硬く、紙やすりの研磨材などに使われる。純粋な砂SiO₂と炭素を高温で反応させて調製する。この反応のもう一つの生成物は一酸化炭素COである。係数のつり合った反応式を書き、SiC 3.00 kgをつくるのに必要なSiO₂の量を計算しなさい。

Solution解き方

{SiO}_{2} + 3 C ⟶ SiC + 2 CO,

4.50 kg SiO₂

{SiO}_{2} + 3 C ⟶ SiC + 2 CO,

4.50 kg SiO₂

Exercise 52問題 52

Automotive air bags inflate when a sample of sodium azide, NaN₃, is very rapidly decomposed.

2 {NaN}_{3} (s) ⟶ 2 Na (s) + 3 N_{2} (g)

What mass of sodium azide is required to produce 2.6 ft³ (73.6 L) of nitrogen gas with a density of 1.25 g/L?

自動車のエアバッグは、アジ化ナトリウムNaN₃の試料が非常に速く分解すると膨らむ。

2 {NaN}_{3} (s) ⟶ 2 Na (s) + 3 N_{2} (g)

密度1.25 g/Lの窒素気体を2.6 ft³（73.6 L）発生させるには、アジ化ナトリウムが何g必要か。

Exercise 53問題 53

Urea, CO(NH₂)₂, is manufactured on a large scale for use in producing urea-formaldehyde plastics and as a fertilizer. What is the maximum mass of urea that can be manufactured from the CO₂ produced by combustion of

1.00 \times 10^{3} kg

of carbon followed by the reaction?

{CO}_{2} (g) + 2 {NH}_{3} (g) ⟶ CO {({NH}_{2})}_{2} (s) + H_{2} O (l)

尿素CO(NH₂)₂は、尿素ホルムアルデヒド樹脂の製造用や肥料用として大規模に製造されている。

1.00 \times 10^{3} kg

の炭素の燃焼で生じたCO₂を、続いて次の反応に用いると、最大何gの尿素を製造できるか。

{CO}_{2} (g) + 2 {NH}_{3} (g) ⟶ CO {({NH}_{2})}_{2} (s) + H_{2} O (l)

Solution解き方

5.00

\times

10³ kg

5.00

\times

10³ kg

Exercise 54問題 54

In an accident, a solution containing 2.5 kg of nitric acid was spilled. Two kilograms of Na₂CO₃ was quickly spread on the area and CO₂ was released by the reaction. Was sufficient Na₂CO₃ used to neutralize all of the acid?

事故で、硝酸2.5 kgを含む溶液がこぼれた。その場所にNa₂CO₃ 2 kgをすばやく散布すると、反応によってCO₂が放出された。すべての酸を中和するのに十分なNa₂CO₃が使われたか。

Exercise 55問題 55

A compact car gets 37.5 miles per gallon on the highway. If gasoline contains 84.2% carbon by mass and has a density of 0.8205 g/mL, determine the mass of carbon dioxide produced during a 500-mile trip (3.785 liters per gallon).

ある小型車の高速道路での燃費は、1ガロン当たり37.5マイルである。ガソリンの炭素含有率が質量で84.2%、密度が0.8205 g/mLであるとき、500マイルの走行で生じる二酸化炭素の質量を求めなさい（1ガロンは3.785リットル）。

Solution解き方

1.28

\times

10⁵ g CO₂

1.28

\times

10⁵ g CO₂

Exercise 56問題 56

What volume of 0.750 M hydrochloric acid solution can be prepared from the HCl produced by the reaction of 25.0 g of NaCl with excess sulfuric acid?

NaCl (s) + H_{2} {SO}_{4} (l) ⟶ HCl (g) + {NaHSO}_{4} (s)

NaCl 25.0 gと過剰の硫酸との反応で生じるHClから、0.750 Mの塩酸をどれだけの体積調製できるか。

NaCl (s) + H_{2} {SO}_{4} (l) ⟶ HCl (g) + {NaHSO}_{4} (s)

Exercise 57問題 57

What volume of a 0.2089 M KI solution contains enough KI to react exactly with the Cu(NO₃)₂ in 43.88 mL of a 0.3842 M solution of Cu(NO₃)₂?

2 Cu {({NO}_{3})}_{2} + 4 KI ⟶ 2 CuI + I_{2} + 4 {KNO}_{3}

0.3842 MのCu(NO₃)₂水溶液43.88 mL中のCu(NO₃)₂とちょうど反応する量のKIを含むには、0.2089 MのKI水溶液がどれだけの体積必要か。

2 Cu {({NO}_{3})}_{2} + 4 KI ⟶ 2 CuI + I_{2} + 4 {KNO}_{3}

Solution解き方

161.4 mL KI solution

KI水溶液161.4 mL

Exercise 58問題 58

A mordant is a substance that combines with a dye to produce a stable fixed color in a dyed fabric. Calcium acetate is used as a mordant. It is prepared by the reaction of acetic acid with calcium hydroxide.

2 {CH}_{3} {CO}_{2} H + Ca {(OH)}_{2} ⟶ Ca {({CH}_{3} {CO}_{2})}_{2} + 2 H_{2} O

英語のヒント

媒染剤とは、染料と結びついて、染めた布に安定した色を定着させる物質である。酢酸カルシウムは媒染剤に使われる。これは酢酸と水酸化カルシウムとの反応で調製される。

2 {CH}_{3} {CO}_{2} H + Ca {(OH)}_{2} ⟶ Ca {({CH}_{3} {CO}_{2})}_{2} + 2 H_{2} O

What mass of Ca(OH)₂ is required to react with the acetic acid in 25.0 mL of a solution having a density of 1.065 g/mL and containing 58.0% acetic acid by mass?

密度1.065 g/mLで酢酸を質量で58.0%含む溶液25.0 mL中の酢酸と反応するには、Ca(OH)₂が何g必要か。

Exercise 59問題 59

The toxic pigment called white lead, Pb₃(OH)₂(CO₃)₂, has been replaced in white paints by rutile, TiO₂. How much rutile (g) can be prepared from 379 g of an ore that contains 88.3% ilmenite (FeTiO₃) by mass?

2 {FeTiO}_{3} + 4 HCl + {Cl}_{2} ⟶ 2 {FeCl}_{3} + 2 {TiO}_{2} + 2 H_{2} O

英語のヒント

鉛白と呼ばれる有毒な顔料Pb₃(OH)₂(CO₃)₂は、白色塗料ではルチルTiO₂に置き換えられている。イルメナイト（FeTiO₃）を質量で88.3%含む鉱石379 gから、ルチルを何g調製できるか。

2 {FeTiO}_{3} + 4 HCl + {Cl}_{2} ⟶ 2 {FeCl}_{3} + 2 {TiO}_{2} + 2 H_{2} O

Solution解き方

176 g TiO₂

stoichiometric factor

化学量論因子

ratio of coefficients in a balanced chemical equation, used in computations relating amounts of reactants and products

係数のつり合った化学反応式の係数の比。反応物と生成物の量を関係づける計算に用いる。

stoichiometry

化学量論

relationships between the amounts of reactants and products of a chemical reaction

化学反応における反応物と生成物の量の関係。