化学反応式の係数の合わせ方
係数合わせは当てずっぽうではありません。たいていそう教えられていますが。決まった順序で元素を進めれば、係数はひとりでに出てきます。背後にある規則は、原子は決して生まれも消えもせず、並び替えられるだけだということです。
順序
- まず金属を合わせる。
- 次に水素と酸素以外の非金属。
- 次に水素。
- 最後に酸素。たいてい最も多くの場所に現れるからです。
- 終わったら両辺を数え直す。すべての元素を、毎回。
変えてよいもの、いけないもの
変えてよいのは係数、つまり化学式の前の大きな数だけです。添字は決して変えてはいけません。物質そのものが変わってしまうからです。H2O を H2O2 にすれば式は合いますが、同時に水が過酸化水素になってしまいます。
分数は一時的なら許される
2分の1の係数で釣り合うなら使い、そのあと式全体にかけて消します。多くの授業では最後に整数を求められます。
解いてみる例
例 1
問題
係数を合わせなさい: CH4 + O2 が CO2 + H2O になる
答え
CH4 + 2 O2 が CO2 + 2 H2O になる
手順
- 1金属はないので炭素から: 両辺1個ずつで、すでに合っています。
- 2次に水素: CH4 に左辺で4個なので、右辺には 2 H2O が要ります。
- 3右辺の酸素を数える: CO2 に2、水2つに2で、合計4。
- 4左辺の酸素を合わせる: 4原子なら 2 O2。
- 5最終確認: C は1と1、H は4と4、O は4と4。
例 2
問題
係数を合わせなさい: Al + HCl が AlCl3 + H2 になる
答え
2 Al + 6 HCl が 2 AlCl3 + 3 H2 になる
手順
- 1まず金属: アルミニウムは両辺に1個ずつなので、いったんそのままにします。
- 2塩素: AlCl3 には Cl が3個要るので 3 HCl を試すと、左辺の H は3個。
- 3水素3個では H2 分子が整数個にならないので、全体を2倍します。
- 4これで左辺は 2 Al と 6 HCl、右辺は 2 AlCl3 と H が6個、つまり 3 H2。
- 5最終確認: Al は2と2、Cl は6と6、H は6と6。
生成物に H2 があって水素が奇数個になるのは、式全体を2倍せよという定番の合図です。
例 3
問題
プロパンの燃焼の係数を合わせなさい: C3H8 + O2 が CO2 + H2O になる
答え
C3H8 + 5 O2 が 3 CO2 + 4 H2O になる
手順
- 1炭素: 左辺に3なので右辺は 3 CO2。
- 2水素: 左辺に8なので右辺は 4 H2O。
- 3右辺の酸素: CO2 から6、水から4で、合計10。
- 4左辺の酸素: 10原子なら 5 O2。
- 5最終確認: C は3と3、H は8と8、O は10と10。
よくあるつまずき
係数を合わせるために添字を変える。たとえば O2 を O3 と書く。
変えるのは係数だけです。添字は物質を定めるもので、固定されています。
燃焼の式で酸素を早い段階で合わせる。
酸素はほとんどの化合物に現れるので、ほかが決まったあと最後に回すのがいちばん楽です。
添字に係数をかけるのを忘れる。
2 H2O は水素4個と酸素2個です。元素ごとに係数かける添字です。
係数の合っていない式で量的計算をする。
モル比は係数から出るので、合っていない式にもとづく計算はすべて誤りです。
練習する
まず自分で解いてから、答えを開いてください。途中で止まったら、問題を選んで足りない手順を Solvecoon に聞いてみましょう。
1. 係数を合わせなさい: N2 + H2 が NH3 になる
答えを見る
N2 + 3 H2 が 2 NH3 になる。
2. 係数を合わせなさい: H2 + O2 が H2O になる
答えを見る
2 H2 + O2 が 2 H2O になる。
3. 係数を合わせなさい: Na + Cl2 が NaCl になる
答えを見る
2 Na + Cl2 が 2 NaCl になる。
よく聞かれること
- なぜ添字を変えてはいけないのですか。
- 添字が化合物を定めているからです。変えれば、別の物質についての別の問いに答えたことになります。
- いつでも通用する順序はありますか。
- 金属、次にほかの非金属、次に水素、次に酸素、という順序は学校で扱う式には確実です。
- 分数になってしまったら。
- すべての係数にかけて消します。分数の係数は正当な途中経過ですが、多くの採点基準は整数を求めます。
- 終わったかどうかはどう確かめますか。
- 最初に合わせたものも含め、すべての元素を両辺で数えます。あとの係数が変わるとずれるからです。
いま目の前にありますか？
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