（３人）こんにちは！化学を楽しく勉強しちゃおうと思っているケミカルシスターズのリホです。
ナオです。
カナです。
実は私式アレルギーで「何とか式」というのが苦手です。
でも前回の化学反応式を学んで少しそのアレルギーが減った気がします。
ナオちゃんはどう？私はもともと数学が好きだから式は平気だよ。
だから化学反応式もよく分かったよ。
そうか。
それはよかったね。
化学反応式は物質の変化を元素記号を使って式に表すっていう事だよね。
これよ〜く覚えておいてね。
はい。
今回はその化学反応式をもう一歩進めて学んでいきます。
そこで今日のテーマは…量的関係…量的関係ってどういう事？はい。
それはこういう事です。
はい。
ジャン。
ん？でも係数って何だっけ？係数って式の前についている数字の事だったよね。
そのとおり。
ではこちらを見て下さい。
はい。
これは前回学んだ化学反応式です。
はい。
メタンと酸素を反応させると二酸化炭素と水ができる式でした。
はい。
係数というのはこの…そして実はこの係数の比から…だから「係数の関係ですべてが分かる！」ですね。
化学反応式って奥が深いんだね。
うん。
それではケミストリーの世界に入りましょう。
は〜い。
は〜い。
ねえねえ本当に式アレルギーは大丈夫なの？うん。
頑張る。
今日の私を見てて。
うん。
おっ。
最初のコーナーは「化学反応式の係数と物質量の関係」です。
「係数と物質量の関係」？化学反応式の係数はさまざまな量的関係を示すのですがまずそのうちの物質量との関係です。
では実際に化学反応式で説明しましょう。
今回取り上げるのは窒素が水素と反応してアンモニアができる場合です。
リホちゃん。
この場合係数の比はいくつですか？えっと…係数がないのは１が省略されているという事だから１：３：２です。
はいそうですね。
係数比は１：３：２です。
そしてこのような係数の関係から…。
はい。
１個の窒素分子と３個の水素分子から２個のアンモニア分子ができる事が分かります。
つまり化学反応式の係数は…でも実際に化学反応させる時粒子を１個とか２個で反応させるのは難しいよね。
うんそうだよね。
とっても小さい粒だもんね。
そう。
そこで粒子の個数をまとめて考えると便利だったよね。
それがアボガドロ数でしたね。
そうでしたね。
そこでこれは…。
６．０×１０個の窒素分子と３×６．０×１０個の水素分子から２×６．０×１０個のアンモニア分子ができるという事が分かります。
でも今度は数字が大きくなり過ぎて面倒。
そうですね。
そこでリホちゃんこういう時に役に立つ表し方を覚えていますか？はい。
物質量です。
はいそうでしたね。
という事は反応する粒子の数が大きい時は物質量で考えればいいんです。
ではナオちゃん。
こちらの係数比と物質量を見比べて下さい。
え〜っと…あっ全く同じだ。
そうなんです。
係数比と物質量は同じになるんです。
これは窒素１ｍｏｌと水素３ｍｏｌからアンモニア２ｍｏｌができる事を示しています。
つまり係数比１：３：２は物質量の比１：３：２の関係も表してるんです。
今日の最初のケミカルポイント！今度は「化学反応式の係数と気体の体積の関係」です。
という事は係数を見ると気体の体積との関係も分かっちゃうって事？そのとおりです。
ナオちゃんすごい！ところでリホちゃん覚えてる？どのぐらいだった？はい。
標準状態で１ｍｏｌの気体の体積はどれも２２．４Ｌでした。
そうでしたね。
ではもう一度こちらの図を見て下さい。
係数比物質量気体の体積の関係を表すとこのようになります。
リホちゃん係数比と気体の体積の関係はどうなっていますか？Ｎは２２．４Ｌ。
Ｈは３×２２．４Ｌ。
ＮＨは２×２２．４Ｌ。
つまり気体の体積も１：３：２になっています。
そうですね。
ではこの反応で…分かりますか？はい。
１：３：２の比から考えると１Ｌの窒素と３Ｌの水素を反応させると２Ｌのアンモニアができる。
カナちゃん合ってる？はい正解です。
実際にアンモニアを工場で作る時もこの気体の体積の比などを利用して作られているんですよ。
このコーナーのケミカルポイント！今日はシャボン玉マジック。
用意するのはお掃除に使うクエン酸に重曹衣装ケースにシャボン玉セット。
まず…そこに水をいっぱい入れたら素早く蓋をして泡が収まるまで待ちます。
蓋を取ってシャボン玉を吹いてみるとあらっ浮いてる！クエン酸と重曹が反応してできた二酸化炭素が空気より重いのでシャボン玉が浮かんだのです。
（一同）実験成功！化学反応式の係数を見ると物質量や気体の体積との関係が分かりました。
次は質量との関係も分かるの？そうです。
でもその前に「質量保存の法則」って知ってる？あっ聞いた事あります。
え？それって本当なの？はい。
ではそれを化学反応式の係数と質量の関係で見ていきましょう。
そこでまたまたこの図です。
はい。
それぞれのモル質量を計算すると……という意味です。
同じようにして……という意味です。
そして……という事です。
だから反応する質量は…リホちゃんどうでしょう。
えっと…Ｎは…でＨは…でＮＨは…はい。
では反応物の質量と生成物の質量との関係はどうでしょうか。
はい。
反応物はＮの２８ｇとＨの６．０ｇを足して３４ｇ。
そして生成物のＮＨは３４ｇ。
あっ？ああ同じですね。
そう同じなんです。
化学反応式で質量保存の法則が確かめられましたね。
なるほどね〜。
でも本当に反応物の質量と生成物の質量って同じになるのかな。
知りたいね。
先生こんにちは。
はい。
リホちゃんこんにちは。
先生。
本当に…はい。
それでは炭酸カルシウムと塩酸の化学反応でそれを確かめてみましょう。
まず化学反応式から見ていきます。
こちらをご覧下さい。
炭酸カルシウムＣａＣＯと塩酸ＨＣｌが反応すると塩化カルシウムＣａＣｌと水と二酸化炭素ができます。
さあ…それでは実験の映像を見て下さい。
まず炭酸カルシウム１．００ｇを量ります。
次に塩酸の入ったビーカー全体の質量を量ります。
この時…急激に発生して塩酸が飛び散るのを防ぐため少しずつ反応させていきます。
ビーカーの壁面についた炭酸カルシウムの粉末も全て反応させます。
反応が終わったらビーカーの内部にたまっていた二酸化炭素を追い出して空気と入れ替えます。
再びビーカー全体の質量を量ると…反応前の質量は１．００ｇと９２．００ｇで９３．００ｇ。
反応後は９２．５６ｇでした。
それでは化学反応式で確認してみましょう。
反応前が１．００ｇと９２．００ｇで９３．００ｇ。
そして反応後が９２．５６ｇ。
あれ？０．４４ｇ減ってしまいました。
先生。
反応前と反応後で質量保存の法則は成り立ってないじゃないですか。
実験は失敗ですか？いえいえ。
失敗ではありません。
ビーカーの内側についたものも含めて炭酸カルシウムは全て塩酸と反応させました。
実験に問題はありません。
ではなぜ反応後に質量が減ってしまったんですか？こちらの化学反応式をもう一度見て下さい。
はい。
反応後塩化カルシウムと水と二酸化炭素ができています。
塩化カルシウムは水に溶けやすい物質なのでできた水と共に容器の中に残っています。
しかし二酸化炭素は気体なので容器の外に出ていきます。
実験では反応が終わったあと二酸化炭素を空気と完全に入れ替えましたね。
つまり先ほどリホちゃんが指摘してくれた０．４４ｇ減ってしまったという数値の誤差は二酸化炭素の質量の可能性があります。
どうしたら確かめられますか？炭酸カルシウム１．０ｇを塩酸と完全に反応させると二酸化炭素が０．４４ｇ発生するという事が計算で確認できればいいですね。
そっか。
それなら反応前と反応後で質量が変わらない事になりますね。
それでは今日学んだ化学反応式の係数を使って計算してみましょう。
炭酸カルシウム１．０ｇから二酸化炭素は何ｇ発生するでしょうか。
まず炭酸カルシウムと二酸化炭素の係数の比から見ていきます。
係数比は１：１です。
次に炭酸カルシウム１．０ｇの物質量を見ていきます。
炭酸カルシウム１．０ｇの物質量はモル質量が１００ｇ／ｍｏｌなので１．０ｇを１００ｇ／ｍｏｌで割って０．０１０ｍｏｌです。
では二酸化炭素の物質量はどうなるでしょうか。
二酸化炭素と炭酸カルシウムの係数比は１：１ですから二酸化炭素の物質量は０．０１０ｍｏｌです。
最後にこの０．０１０ｍｏｌの二酸化炭素の質量を計算します。
二酸化炭素のモル質量は４４ｇ／ｍｏｌですから０．０１０ｍｏｌを掛けると質量は０．４４ｇとなります。
そっか。
さっきの実験で減った二酸化炭素も０．４４ｇでしたね。
実験からも化学反応式からも質量保存の法則が確かめられましたね。
そういう事です。
ではまとめてみましょう。
反応前はこの１．００ｇと９２．００ｇを合わせて９３．００ｇ。
そして反応後は９２．５６ｇと二酸化炭素の０．４４ｇを足してこれで９３．００ｇ。
反応前と反応後は質量が同じになりますね。
なるほど〜。
これですっきりしました。
先生ありがとうございました。
今日は…今日は式アレルギーの私にとってはすっごく有意義な回でした。
どうして？それは化学反応式が分かるようになるといろいろと応用できるって事が分かったから。
そうだね。
化学反応式の係数にはいろんな情報が隠されている事が分かったね。
粒子の個数物質量との関係。
質量や気体の体積との関係も分かったね。
うん。
これでまた一歩化学の世界が広がってきました。
式アレルギー本当に治ってきたみたいだね。
うん。
ありがとねナオちゃん。
うん。
じゃあこれから化学反応式が出てきたらみ〜んなリホちゃんに任せようかな。
う〜それは勘弁して。
え？大丈夫。
私が教えてあげる。
2014/10/29(水) 14:00〜14:20
ＮＨＫＥテレ１大阪
ＮＨＫ高校講座 化学基礎「化学反応式と量的関係〜係数の関係ですべてが分かる！」[字]
化学基礎は平成２４年度から新たに設けられた科目で、中学校から高校への橋渡しの役目をする内容です。基礎をしっかり学んで、本格的な化学の学習に役立ててください。
詳細情報
番組内容
「化学反応式と量的関係」の「量的関係」とは何を意味するのだろうか。「量」とは、個数、物質量（ｍｏｌ）、気体の体積（Ｌ）や質量（ｇ）などを示す。つまり、今回は「化学反応式」と質量や物質量などの「量」がどのように関係するかを考える回。その２つを結びつけるのが化学反応式の「係数」だ。係数に注目して「化学反応式と量的関係」を学んでいこう。
出演者
【解説】東京都立府中高等学校教諭…貝谷康治，【出演】高田里穂，吉田奈央，横畠加奈子，【語り】伊倉一恵
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