プロパン完全燃焼後、生じる二酸化炭素の体積と水の質量？

質問

プロパンが完全燃焼するときの化学反応式は、
Ｃ(3)Ｈ(8)　＋　５Ｃ(2)　→　３ＣＯ(2)　＋　４Ｈ(2)Ｏ　…( )内の数字は右下につく小文字
で与えられる。
いま、プロパン13.2ｇを完全燃焼させるときに生じる二酸化炭素の標準状態での体積と水の質量はそれぞれいくらか。
ただし、原子量はＣ＝12，Ｈ＝1，Ｏ＝16とする。

【解説】
反応式より、Ｃ(3)Ｈ(8)１モルからＣＯ(2)３モルと水４モル生成する。
Ｃ(3)Ｈ(8)＝12×3＋1×8＝44であるから、
Ｃ(3)Ｈ(8) 13.2ｇは、13.2／44＝0.3モル
★ゆえに、このとき生成する二酸化炭素は、1：3＝0.3：ｘより、
ｘ＝0.9モル
∴22.4×0.9＝20.2リットル
また、生じた水のモル数は、1：4＝0.3：ｙより、
ｙ＝1.2モル
Ｈ(2)Ｏ＝1×2＋16＝18であるから、
18×1.2＝21.6ｇ

【答え】
体積；20.2リットル
質量21.6ｇ

について、教えてください。
★以下が分かりません。
まず、この「１：３」とは何のことでしょうか？
式全体も、「何を求めると、次にどのように発展させられるのか」、全く分かりません。
因みに、「モル」とは、どういう時に使い、そもそも何ですか？
教科書には書いてあるのですが、イメージが沸きません。

化学（バケ学）というだけあって、ホント分からないです。
大嫌いな科目になりそうです。（いや、もうなりました）
この手の問題が出たときには、何と何が分かっていれば解け、計算式はどうなのか、
超初心者相手にご解説をお願いします。
言葉に不備等あるかもしれませんが、よろしくお願いいたします。
印刷し、よく考え直してからお返事したいと思いますので、多少お礼が遅くなることがございます。

回答No.4

rei00 · ベストアンサー

> まず、この「１：３」とは何のことでしょうか？

　燃焼させるプロパン（C3H8）と生成する二酸化炭素（CO2）の分子数の比です。プロパン１個から二酸化炭素３個が生成しますので，１：３です。ただ，最初にある反応式の意味が解っているのであれば，この比は考えなくても構いません（私自身は考えません）。これについては後で述べます。

> 式全体も、「何を求めると、次にどのように発展させられる
> のか」、全く分かりません。
> この手の問題が出たときには、何と何が分かっていれば
> 解け、計算式はどうなのか、

　では，順番に考えていきましょうか。基本は『反応式が何を意味しているか』です。

　反応式は　C3H8 ＋ 5O2 → 3CO2 ＋ 4H2O　ですね。この反応式が意味する事は，acacia7 さんがお書きの様に，プロパン分子（C3H8）１個（１モル，１分子）を完全に燃焼させる（酸素と反応させる）には酸素分子（O2）が５個（５モル，５分子）必要で，その結果二酸化炭素分子（CO2）３個（３モル，３分子）と水分子（H2O）４個（４モル，４分子）できるという事です。

　逆に言いますと，二酸化炭素分子（CO2）１モルが生じるのはプロパン分子 1/3 モルを酸素分子 5/3 モルと反応させたときであり，水分子（H2O）１モルが生じるのはプロパン分子 1/4 モルを酸素分子 5/4 モルと反応させたときです。

　この場合，１個単位で考えると，プロパン分子 1/3 個や酸素分子 5/3 個などと分けがわからなくなりますが，6x10^23 個を一塊と考える「モル」であれば考えられますね。ですので，通常，「モル」を単位として数を考えるのが都合が良いわけです。

　質問が『生じる二酸化炭素の標準状態での体積と水の質量は』ですから，それぞれ何モル生じるかを求めます。質量とか体積で問われていても，基本はモル数（何個あるかですね）を求める事です。

　反応式が意味する事が解っていれば，何モル生じるかはプロパン分子何モルを反応させたかで求まりますね。問題文に『プロパン13.2ｇ』とある事から『Ｃ(3)Ｈ(8) 13.2ｇは、13.2／44＝0.3モル』です。

　「プロパン分子（C3H8）１モルを完全に燃焼させると二酸化炭素分子（CO2）３モルと水分子（H2O）４モルできる」わけですから，0.3 モルからは「二酸化炭素 0.3x3 = 0.9 モル」と「水 0.3x4 = 1.2 モル」ですね。

　いかがですか，こう考えれば比例式なんて必要ないです（ですので私は使いません）。あくまでも，『基本は反応式』です。後は，反応式中の何のモル数を求める必要があり，何のモル数が分かっているかを押さえれば，少しづつ解法が見えてくると思います。

> 因みに、「モル」とは、どういう時に使い、
> そもそも何ですか？

　acacia7 さんの丁寧な回答がありますので，私はもう少し具体的に。

　鉛筆を考えて下さい。１本，２本，３本，・・・と数えますよね。でも１２本づつ纏めたら，どうします。１ダース，２ダース，３ダース，・・・となりますね。さらに，１２ダースづつ纏めると，１グロス，２グロス，３グロス，・・・となります。

　「モル」もこのダースやグロスと同じ様に考えて下さい。6x10^23 個づつ纏まると１モル，２モル，３モル，・・・と数えるわけです。つまり，分子や原子の数を表している（数え方）です。

　『超初心者相手にご解説をお願いします。』との事で長くなりました。お許し下さい。

お礼

先日もお世話になりました。懲りずにまたおいでくださって、感激です。

>質問が『生じる二酸化炭素の標準状態での体積と水の質量は』ですから，それぞれ何モル生じるかを求めます。質量とか体積で問われていても，基本はモル数（何個あるかですね）を求める事です。
　　　ココがどうしても分かりません。
　　　何故？？？　どうしてモルなんですか？　（←もうダメ、パニック）
　　　頭から「？」が飛び交っています。

その他のご解説は、理解できました。
この頭で理解できたことが不思議で、バケ学より奇怪かも。
とりあえず、締め切ります。
本当にありがとうございました。

回答No.3

acacia7

嘘ついてた・・（－－；；
Ｈ２Ｏに関しては、モル数に分子量をかけないと重量になりませんね。（－－；；

４．５ステップとしてＨ２Ｏの分子量１８をかけといてください。

回答No.2

acacia7

（くぅぅ・・今度こそ・・何が？・・）
最初に問題文の訂正
Ｃ(3)Ｈ(8)　＋　５Ｏ(2)　→　３ＣＯ(2)　＋　４Ｈ(2)Ｏ
＃＃１個のプロパンと５個の酸素分子が反応して
＃＃３個の二酸化炭素と４個の水分子になる。

「１：３」について
プロパン１モルに対して、完全燃焼後、３モルの二酸化炭素が発生する。
の１：３です。

１モルについて。
１モルとは、ある物質（分子量ｎ）をｎグラム集めた物の量です。
例えば、水素は分子量２で、これが２グラム集まった物が水素１モルです。
この集まる数は定数で、これをアボガドロ定数といいます。
原子をアボガドロ数個集めると原子量分のグラム数になります。
この例では、１円玉（Alで１ｇ）を２７円分がアルミ１モルになります。

⇒単純に言うと、１モルとは物がアボガドロ数こ集まった状態です。
　アボガドロ数の人が集まれば、１モルの人間です。
　６ｘ１０＾２３人なんていませんが・・

化学反応は問題の式にあるように、化学物質の個数が定数比で反応して、
ある定数比の生成物となります。ですから、重量比や体積比で考えると難しいので個数比に直結する「モル比」で検討するわけです。

理想的な気体には以下のような特性があります。
「標準状態で１[モル]の気体は２２．４[リットル]になる」

＃＃本当のことを言えば、実在する気体は理想気体ではないのですが、
＃＃この程度の精度の計算では採用してもよい仮定となります。

解答の流れ。
１：まず、プロパンガスの「分子量」を求める。

２：プロパンの分子量から１モルの重量を求める。
　１モルの定義より。
３：問題の条件から、初期のプロパンのモル数を求める。

４：完全燃焼の反応から生成物もモル数を求める。
　１個のプロパンに対し
　　３個のＣＯ２、４個のＨ２Ｏ　
　ここで、Ｈ２Ｏに関しては解答が出る。　

５：理想気体の特性を利用して、二酸化炭素の体積を求める。

こんな感じでいかが？

お礼

先日もお世話になりまして、またまたありがとうございます。
えっと・・・。

>解答の流れ。
　　ここより前までは20回くらい読み直して、やっと理解できました。

で、そこまでは分かったのですが（たぶん）、そこ以降、頭がめちゃくちゃになって、100％消化できませんでした。
もうホント、手に負えないです。
ただ、この通り計算すれば、答えが出るんだろうなぁって感じで・・・。
本当にもうダメって感じで、自分でも何を聞いたら良いかも分からなくなりました。

ご丁寧なご解説をいただいているにも関わらず、申し訳ないです。
いつか分かるといいんですけど・・・。
ありがとうございました。

回答No.1

Singollo

反応式を見てください
プロパン分子1個と炭素分子5個から二酸化炭素分子3個と水分子4個が生成されることになりますね
プロパンと二酸化炭素に着目すれば1:3です

モルというのは物質の量の単位で、物質の質量が、その1分子を構成する全原子の原子量の合計にg単位で等しくなる量のことです
どんな物質でもこの量のとき、アボガドロ数(6.022x10^23)個の分子を持ち、また標準状態の気体なら体積はおよそ22.4リットルになります

問題の例なら、プロパンと二酸化炭素の比は1:3ですから、プロパン0.3モル(つまり0.3×アボガドロ数個)に対し、二酸化炭素0.9モルが生成されるわけです
そして、1モルが22.4リットルと決まっているのですから、0.9モルの体積は22.4×0.9=20.2リットルです

同様に水はプロパンに対し1:4の割合で生成されるのですからプロパン0.3モルに対し、水1.2モルが生成されます
水1モルの質量は水素原子2個と酸素原子1個の原子量の和に等しいので18g
1.2モルなら18×1.2=21gです

お礼

>プロパン分子1個と炭素分子5個から二酸化炭素分子3個と水分子4個が生成されることになりますね
>プロパンと二酸化炭素に着目すれば1:3です
　　　頭にある数字のことですよね？
　　　ほぉー。なるほど、なるほど。

ご解説を見ながら問題を解き直したら、一応できたのですが、
解説を見ないでやると、やっぱり解けませーん。
試験までに間に合うのかな。
もうダメかも。。。
教科書も、ほとんど分かんなくて、ホント泣く泣くやってます。
またお願いしますね。
本当にありがとうございました。