高1 ／ 化学基礎 ／ cb-06
化学反応式と量的関係
この単元でできるようになること
- 化学反応式を書き、係数を合わせられる（未定係数法を含む）
- イオン反応式を書ける
- 反応式の係数の比 ＝ 物質量の比 ＝（気体なら）体積の比を使って、反応する量・生成する量を計算できる
- 質量 → mol → 係数比 → mol → 質量（体積）の4 ステップで解ける
- 一方が余る（過不足のある）反応で、どちらが全部反応するかを判断できる
入試での位置づけ
化学基礎の計算問題の本丸です。共通テストでは「金属と酸の反応で発生する水素の体積」「燃焼で生じる CO₂ の質量」「過不足のある反応でのグラフ」が定番。手順は毎回同じ：①反応式を書く ②与えられた量を mol に ③係数比で相手の mol ④求める単位に。ここが身につけば cb-08（中和）・cb-10（電池）の計算も同じ型で解けます。
1. 化学反応式の書き方
まずここだけ
- 反応物を左辺、生成物を右辺に化学式で書く（→ でつなぐ）
- 両辺の各原子の数が等しくなるように係数をつける（化学式の中の数字は変えない）
- 係数 1 は書かない。最も簡単な整数比にする
係数の合わせ方：複雑な化学式（原子の種類が多い物質）の係数を 1 とし、順に決める。
メタンの燃焼：CH₄ ＋ O₂ → CO₂ ＋ H₂O C：CH₄ 1 → CO₂ 1。H：4 → H₂O 2。O：右辺 2 ＋ 2 ＝ 4 → O₂ 2 CH₄ ＋ 2O₂ → CO₂ ＋ 2H₂O
| 反応 | 反応式 |
|---|---|
| 水素の燃焼 | 2H₂ ＋ O₂ → 2H₂O |
| プロパンの燃焼 | C₃H₈ ＋ 5O₂ → 3CO₂ ＋ 4H₂O |
| マグネシウムと塩酸 | Mg ＋ 2HCl → MgCl₂ ＋ H₂ |
| 亜鉛と硫酸 | Zn ＋ H₂SO₄ → ZnSO₄ ＋ H₂ |
| 炭酸カルシウムと塩酸 | CaCO₃ ＋ 2HCl → CaCl₂ ＋ H₂O ＋ CO₂ |
| アルミニウムと塩酸 | 2Al ＋ 6HCl → 2AlCl₃ ＋ 3H₂ |
| 過酸化水素の分解 | 2H₂O₂ → 2H₂O ＋ O₂ |
| アンモニアの合成 | N₂ ＋ 3H₂ → 2NH₃ |
| 炭酸水素ナトリウムの熱分解 | 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ ＋ H₂O ＋ CO₂ |
未定係数法：係数を a, b, c … とおき、原子ごとに方程式を立てる（複雑なときの保険）。
イオン反応式：反応に関係しないイオンを省く。
AgNO₃ ＋ NaCl → AgCl ＋ NaNO₃ → Ag⁺ ＋ Cl⁻ → AgCl 両辺で電荷の合計も等しくする：Zn ＋ 2H⁺ → Zn²⁺ ＋ H₂
2. 反応式が表す量的関係
まずここだけ
係数の比 ＝ 分子（粒子）の数の比 ＝ 物質量の比 ＝ 気体の体積の比（同温・同圧） 質量の比はではない（モル質量をかけて求める）。
2H₂ ＋ O₂ → 2H₂O 分子：2 個 ＋ 1 個 → 2 個／物質量：2 mol ＋ 1 mol → 2 mol／体積：2 L ＋ 1 L → 2 L（水蒸気のとき） 質量：4 g ＋ 32 g → 36 g（質量保存）
3. 計算の 4 ステップ
まずここだけ
- 反応式を書く
- 与えられた量を mol に（g ÷ モル質量、L ÷ 22.4、濃度 × 体積）
- 係数の比で相手の mol を出す
- 求める単位に直す（× モル質量、× 22.4）
例：マグネシウム 4.8 g（Mg ＝ 24）を十分な塩酸に入れたとき発生する水素は標準状態で何 L か ① Mg ＋ 2HCl → MgCl₂ ＋ H₂ ② Mg：4.8 ÷ 24 ＝ 0.20 mol ③ Mg : H₂ ＝ 1 : 1 → H₂ 0.20 mol ④ 0.20 × 22.4 ＝ 4.48 L
例：プロパン 4.4 g（44）の完全燃焼で生じる CO₂ の質量（44）と、必要な酸素の体積 ① C₃H₈ ＋ 5O₂ → 3CO₂ ＋ 4H₂O ② 0.10 mol ③ CO₂ 0.30 mol、O₂ 0.50 mol ④ CO₂ 13.2 g、O₂ 11.2 L
4. 過不足のある反応 ── どちらが余るか
ここまでできれば十分
両方の量が与えられたら、係数比と比べて少ないほう（全部反応するほう）を基準に計算する。
水素 0.30 mol と酸素 0.10 mol：2H₂ ＋ O₂ → 2H₂O O₂ 0.10 mol に必要な H₂ は 0.20 mol → H₂ は足りている → O₂ が基準。水 0.20 mol ができ、H₂ が 0.10 mol 余る
グラフ問題：金属の質量を横軸、発生する気体の体積を縦軸にすると、酸が十分な間は比例、酸が不足すると水平になる。折れ曲がる点がちょうど反応する量。
5. よくある間違い
- 係数を合わせるために化学式の中の数字（H₂O の 2）を変える
- 係数の比を質量の比だと思う
- mol に直さずに g のまま比例計算する
- 22.4 L/mol を液体（水）や標準状態以外の気体に使う
- 過不足の判断をせず、多いほうの量で計算する
- 反応式を書かずに計算を始める
6. 自己チェック
- CH₄・C₃H₈ の燃焼、Mg・Zn・Al と酸の反応式を書けるか
- 係数比 ＝ mol 比 ＝ 気体の体積比、質量比ではない、と言えるか
- 4 ステップ（式・mol・係数比・単位）で解けるか
- 過不足では少ないほうを基準にする、と言えるか
- イオン反応式で電荷も合わせられるか
7. 小テストへ
→ 小テスト（cb-06）
関連する単元
参考資料
- 文部科学省『高等学校学習指導要領（平成30年告示）解説 理科編 理数編』── 「化学基礎」(2) ア 物質量と化学反応式（化学反応式と量的関係）
受験のしらべ ／ https://juken-shirabe.com/daigaku/science/cb-06/ ／ 更新 2026-09-12