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化学式の疑問：なぜ化学反応式には数字がつくのか？
- 化学式や化学反応式には数字がつく理由について、疑問を持っています。例えば、酸化鉄の化学式であるFe3O4では、なぜ酸素分子が2つ（2O2）になるのか、また鉄が3個（3Fe）になるのかがわかりません。
- 同様に、エタノールの化学式がC2H6Oであるのに、エタノールが化学反応式でC2H5OHと表される理由も理解できません。また、酸素の化学式がO（仮に分子を表すとすれば０2）であるのに、なぜ3つの酸素分子（３O2）と表されるのかも不思議です。
- このような疑問を抱えており、中学校や高校の化学の学習内容が理屈抜きの暗記になってしまっているのか、それとも何か理論的な背景があるのか知りたいです。化学式の数字の意味や使い方について教えていただけると助かります。
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>鉄＋酸素＝酸化鉄→３Fe+２O2＝Fe3O4 >というのが酸化鉄の化学式ですが・・ これは「化学反応式」です。「化学式」は個々の物質やイオンを元素記号を用いて表したものです。 Fe O2 Fe3O4 これらが化学式です。 >酸素分子はO2ですよね？ そうですよ。 >なのになんで(左辺の式の方)２O2なんですか？ >さらに分からないのが、３Feです。鉄やマグネシウムなどといった金属は分子を作らないと習いました。なのになぜ３Feなんでしょうか？ 化学式は理解されているようですが、まだ「化学反応式」についての理解ができていないと思います。 化学反応式は、個々の化学式の前に「係数」をつけて反応時の数の比を表しています。「２」O2の「２」や「３」Feの「３」は係数です。書かれていない場合は係数「１」が入っていると考えます。 >なぜ単純に >Fe+O=FeOにならないんですか？ 酸素は分子性物質であるので、原則として分子式であるO2（2は下付き）で表すという制限があります。 また酸化鉄と一言で書かれていますが、酸化鉄(II)FeO 四酸化三鉄Fe3O4 酸化鉄(III)Fe2O3 があります。 中学校の教科書は名称を区別していません（総称になってしまうので、「酸化鉄」では化学式を特定できません）が、高校以上では区別して扱います。 >エタノールの化学式はC2H6Oなのになぜこの化学反応式だとC2H5OHになっているんですか？ これは化学式の書き方の違いで、前者は分子式（１分子中の原子の種類と数を表す）、後者は示性式（同じ原子を完全にはまとめずに、物質が特定できるよう構造に分けて書き表す）で書かれています。どちらも正しいのですが、C2H6Oの物質は２種類存在する（もう１つはCH3OCH3）ため、区別したいときには示性式で書きます。ある程度複雑な有機化合物は示性式が一般的です。 >それとも、まだ中学校レベル、高校受験レベルではそういう化学反応式を理屈抜きで暗記するべきなのですか？ すべての物質が判明している化学反応式を書く（化学式がわかっているので係数を入れ、反応する数の比を求める）のは純粋に理屈ですよ。化学反応では原子の種類と数が変らない。（左辺と右辺の原子の種類と数は同じ）それを満たすように係数という比を求めるのです。一種の数のパズルですね。 やり方は学校で学んでください。目算法と未定係数法がありますが、未定係数法は入試問題を解くための方法で、実用的価値はあまり無いと思います。（すべての反応物・生成物の化学式が判明しているという条件は稀です）ですから何でも未定係数法というのはお勧めできません。
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- Tacosan
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「酸化鉄」といってもいくつかの種類があります. およそ ・酸化鉄(II): FeO ・酸化鉄(III): Fe2O3 ・四酸化三鉄: Fe3O4 くらいかな. もちろん状況によって「何ができるか」が変わってきます. ちなみにエタノールは C2H5OH と書くのが一般的です. これは ・アルコールはヒドロキシ基 (-OH) を持っているのが特徴なので, その特徴を明確にする ・C2H6O という分子式を持つ物質はエタノールだけではない (メチルエーテル CH3OCH3 もある) からです.
お礼
だから、教科書やネットによってちがうのですね！ 中２くらいでしたら教科書に書いてあることを中心に学ぶべきですね・・？・・！ ありがとうございました。
- dreamfighter
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まずは回答者に対してお礼をしなさい。それが質問する側の最低限のマナー。 あなたの質問にはよく分からないところがありますが、答えられるところから。 ＞＞エタノールの化学式はC2H6Oなのになぜこの化学反応式だとC2H5OHになっているんですか？ C2H6Oは分子式。C2H5OH示性式といいます。べつに C2H6Oと書いてもいいのですが、C2H6Oとかいてエタノールと分かりますか？もしかしてジメチルエーテルかもしれませんよね？つまり一つの分子式には多くの場合構造異性体があるので分子式だけで書いては一体何の物質なのかが分からないのです。それをはっきりさせるために示性式を使うのです。 ＞＞なぜ２O2なのですか？仮に酸素分子の事を言っていたとしても酸素分子はO2ですよね？なのになんで(左辺の式の方)２O2なんですか？ ん？？2Ｏ2の初めの2と二つ目の2はまったくの別物です。初めの2は係数で酸素（O2）が２molです。ということを表すのですよ。 ＞＞さらに分からないのが、３Feです。鉄やマグネシウムなどといった金属は分子を作らないと習いました。なのになぜ３Feなんでしょうか？ 確かに金属は分子を作りません。CO2やH2のことは分子式（「分子を表す化学式」の略と思えばいい）といいますが、Fe Al などの金属では組成式といいます。 組成式では構成する原子の種類の比で表します。単体の場合は原子は１種類なので、単純に Al とか Fe とかになります。 先ほどと同様に３Ｆｅの３はFeが３molですよということ。 ちなみに酸化数という言葉は習いましたか？鉄の酸化数によって酸化鉄の組成式は変わってきます。 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%85%B8%E5%8C%96%E9%89%84
お礼
すみませんでした・・お叱りの言葉、ありがとうございます。 ＞＞ 理科は本当に難しいです・・。でも、なんとか理解することができました。ありがとうございます。
あの、質量保存の法則は知ってますよね？ http://jiten.biglobe.ne.jp/j/98/bb/53/80cf058c6ace1c218f7a4e838c012aae.htm 変化する前と後で質量は変わらないというもの。 だから酸化鉄が３FeO4となるなら鉄も３Fe 酸素もO4になるんですが、 o4は存在しないので２o2となるのです。Feが3個 O2が２つというわけ。 左の数式と右の数式を比べてごらん。 同じ数量になるとわかるから。
お礼
回答ありがとうございます。
補足
つまり、酸化鉄の化学式は「Fe3O4」(理屈抜きで暗記するものなんですか？)であって、それに合わせるために化学式も数を合わせるということですか？
お礼
とても分かりやすかったです。 ありがとうございました♪