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小テスト ／ cb-04

物質量（mol・モル質量・気体の体積・粒子の数）

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物質量（mol・モル質量・気体の体積・粒子の数） ── 問題

基礎

  1. 二酸化炭素 CO₂ の分子量または式量を求めなさい。原子量は H ＝ 1.0、C ＝ 12、N ＝ 14、O ＝ 16、Na ＝ 23、Mg ＝ 24、Al ＝ 27、S ＝ 32、Cl ＝ 35.5、K ＝ 39、Ca ＝ 40、Cu ＝ 64 とする。
  2. 水 H₂O（モル質量 18 g/mol）12.6 g の物質量は何 mol ですか。
  3. 酸素 O₂（モル質量 32 g/mol）1 mol の質量は何 g ですか。
  4. 物質量 1 mol について正しいものはどれですか。　（ア 粒子 1 個の質量のこと　イ 粒子 6.0 × 10²³ 個の集まり　ウ どんな物質でも質量は 1 g　エ 気体でも液体でも、体積は 22.4 L）
  5. 標準状態で 22.4 L を占める気体について正しいものはどれですか。　（ア 分子量が大きい気体ほど物質量が多い　イ 水素なら 2 mol、酸素なら 1 mol　ウ 気体の種類によらず、質量は 22.4 g　エ 気体の種類によらず、物質量は 1 mol）

標準

  1. 標準状態で 22.4 L の気体の物質量は何 mol ですか。標準状態の気体 1 mol の体積を 22.4 L とする。
  2. メタン CH₄（モル質量 16 g/mol）16 g は標準状態で何 L ですか。標準状態の気体 1 mol の体積を 22.4 L とする。
  3. 水 1.9 mol に含まれる分子の数は何個ですか。アボガドロ定数を 6.0 × 10²³ /mol とし、答えは「× 10²³ 個」の係数を答えなさい。
  4. 同じ質量で比べたとき、含まれる分子の数が最も多い気体はどれですか（H ＝ 1.0、C ＝ 12、N ＝ 14、O ＝ 16）。　（ア メタン CH₄　イ 水素 H₂　ウ 二酸化炭素 CO₂　エ 窒素 N₂）
  5. 空気（平均分子量約 29）より軽い気体はどれですか。　（ア 二酸化炭素 CO₂（44）　イ アンモニア NH₃（17）　ウ 酸素 O₂（32）　エ 塩素 Cl₂（71））
  6. 二酸化炭素 CO₂ の分子 6 × 10²³ 個の質量は何 g ですか。アボガドロ定数を 6.0 × 10²³ /mol とし、原子量は H ＝ 1.0、C ＝ 12、N ＝ 14、O ＝ 16 とする。
  7. 同じ温度・同じ圧力のもとで、同じ体積の水素 H₂ と酸素 O₂ がある。水素と酸素の質量の比として正しいものはどれですか（H ＝ 1.0、O ＝ 16）。　（ア 1 : 8　イ 1 : 1　ウ 1 : 16　エ 2 : 1）

発展

  1. メタン CH₄（モル質量 16 g/mol）30.4 g に含まれる水素原子の物質量は何 mol ですか。
  2. 標準状態での密度が 1.96 g/L の気体の分子量を整数で求めなさい。標準状態の気体 1 mol の体積を 22.4 L とする。
  3. 塩素には ³⁵Cl（相対質量 35.0、存在比 75 %）と ³⁷Cl（相対質量 37.0、存在比 25 %）がある。塩素の原子量を求めなさい。
  4. 水 18 g に含まれる原子の総数として正しいものはどれですか（H₂O ＝ 18、アボガドロ定数 6.0 × 10²³ /mol）。　（ア 1.8 × 10²⁴ 個　イ 1.2 × 10²⁴ 個　ウ 3.0 × 10²³ 個　エ 6.0 × 10²³ 個）
  5. 原子量の説明として正しいものはどれですか。　（ア 最も多い同位体の質量数　イ 原子 1 個の質量を g 単位で表した値　ウ 陽子と中性子の数の和　エ 各同位体の相対質量を存在比で平均した値）
  6. 窒素 N₂ と酸素 O₂ を物質量の比 4 : 1 で混ぜた気体の平均分子量を求めなさい。原子量は N ＝ 14、O ＝ 16 とする。
  7. いくつかの気体について、質量を横軸、標準状態での体積を縦軸にとってグラフをかくと、どれも原点を通る直線になった。直線の傾きが最も大きい気体はどれですか（H ＝ 1.0、C ＝ 12、N ＝ 14、O ＝ 16）。　（ア メタン CH₄　イ 二酸化炭素 CO₂　ウ 窒素 N₂　エ 酸素 O₂）

物質量（mol・モル質量・気体の体積・粒子の数） ── 解答

基礎

  1. 44　化学式中の原子量の和。答え：44。
  2. 0.7　n ＝ 質量 ÷ モル質量 ＝ 12.6 ÷ 18 ＝ 0.7 mol。
  3. 32　質量 ＝ 物質量 × モル質量 ＝ 1 × 32 ＝ 32 g。
  4. イ　粒子 6.0 × 10²³ 個の集まり　1 mol は粒子 6.0 × 10²³ 個の集まりで、質量はモル質量（原子量・分子量・式量に g をつけた値）に等しい。22.4 L は標準状態の気体だけ。
  5. エ　気体の種類によらず、物質量は 1 mol　同温・同圧・同体積の気体は同数の分子を含む（アボガドロの法則）。

標準

  1. 1　n ＝ 体積 ÷ 22.4 ＝ 22.4 ÷ 22.4 ＝ 1 mol。
  2. 22.4　n ＝ 16 ÷ 16 ＝ 1 mol、体積 ＝ n × 22.4 ＝ 22.4 L。
  3. 11.4　個数 ＝ n × 6.0 × 10²³ ＝ 1.9 × 6.0 × 10²³ ＝ 11.4 × 10²³ 個。
  4. イ　水素 H₂　同じ質量なら分子量が小さいほど mol が多い。H₂（2）＜ CH₄（16）＜ N₂（28）＜ CO₂（44）。
  5. イ　アンモニア NH₃（17）　分子量が 29 より小さい気体は空気より軽い（H₂・He・CH₄・NH₃ など）。
  6. 44　物質量 ＝ 6 × 10²³ ÷ (6.0 × 10²³) ＝ 1 mol。質量 ＝ 1 × 44 ＝ 44 g。
  7. ウ　1 : 16　同温・同圧・同体積の気体は同じ数の分子（同じ物質量）を含む（アボガドロの法則）。質量の比は分子量の比 2 : 32 ＝ 1 : 16。

発展

  1. 7.6　分子の物質量 ＝ 30.4 ÷ 16 ＝ 1.9 mol。1 分子中に水素原子は 4 個なので、水素原子は 4 倍 ＝ 7.6 mol。
  2. 44　分子量 ＝ 密度 × 22.4 ＝ 1.96 × 22.4 ≒ 44。
  3. 35.5　原子量 ＝ 相対質量の存在比による平均 ＝ 35.0 × 75/100 ＋ 37.0 × 25/100 ＝ 35.5。
  4. ア　1.8 × 10²⁴ 個　水 1 mol ＝ 分子 6.0 × 10²³ 個。1 分子に原子 3 個なので 1.8 × 10²⁴ 個。
  5. エ　各同位体の相対質量を存在比で平均した値　¹²C の質量を 12 としたときの相対質量を、同位体の存在比で平均する。塩素の原子量 35.5 は ³⁵Cl と ³⁷Cl の平均。質量数（整数）とは別。
  6. 28.8　混合気体 5 mol の質量は 28 × 4 ＋ 32 × 1 ＝ 144 g。平均分子量 ＝ 144 ÷ 5 ＝ 28.8。
  7. ア　メタン CH₄　傾き ＝ 体積 ÷ 質量 ＝ 22.4 ÷ モル質量。モル質量が最も小さい（16 g/mol）メタンの傾きが最も大きい。

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