反応の量的関係の求め方

化学反応式の係数は、反応する粒子の個数の比を表しています。質量の比ではありません。ここを取り違えると答えが合わなくなります。

ですから質量から質量へ直接いくことはできません。いったん物質量に直し、そこで係数の比をかけ、また質量に戻すという 3 段階を踏みます。

• $w_A$、$M_A$、$a$ は反応物の質量・モル質量・係数
• $w_B$、$M_B$、$b$ は生成物の質量・モル質量・係数
• $n_A$、$n_B$ はそれぞれの物質量

係数の比が使えるのは、真ん中の物質量どうしのところだけです。

例

メタンの燃焼を考えます。反応式は $\mathrm{CH_4} + 2\mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{CO_2} + 2\mathrm{H_2O}$ です。メタン 16 g から水が何 g できるかを求めます。

メタンのモル質量は 16.04 なので、物質量は $16 \div 16.04$ でおよそ 0.9975 mol です。

反応式を見ると、メタン 1 個から水が 2 個できます。ですから水の物質量はメタンの 2 倍で、およそ 1.9950 mol になります。

水のモル質量は 18.02 ですから、質量は $1.9950 \times 18.02$ でおよそ 35.95 g です。

質量は増えているように見える

16 g のメタンから 36 g の水ができました。出発点より重くなっています。

おかしくはありません。空気中の酸素が加わっているからです。反応物の合計は メタン 16.04 と 酸素 64.00 で 80.04、生成物の合計は 二酸化炭素 44.01 と 水 36.04 で 80.05 になり、丸めの範囲で一致します。質量が保存されるのは反応全体についてであって、ひとつの物質についてではありません。

注意

この計算は、入力した反応物がすべて反応することを前提にしています。実際には複数の反応物のうち、いちばん先に尽きるもの（限定反応物）が生成量を決めます。それぞれの反応物について計算してみて、いちばん小さい答えが実際にできる量です。

反応式の係数は、あらかじめ両辺の原子の数がそろっている必要があります。係数が合っていない式のまま計算しても、正しい答えにはなりません。

ここで出るのは理論上の最大量です。実際に取れる量はこれより少なくなります。その割合はこの電卓の収率で求められます。