【過去問】化学反応式とは？化合・分解と係数の合わせ方を解説｜危険物取扱者【甲、乙、丙】

【過去問】化学反応式とは？化合・分解と係数の合わせ方

次の文の（ ）内に当てはまるものは、次のうちどれか。
「二硫化炭素が完全燃焼すると（ ）になる。」

1. 水蒸気と二酸化炭素
2. 二酸化炭素と二酸化硫黄
3. 二酸化硫黄と水蒸気
4. 一酸化炭素と二酸化硫黄
5. 一酸化炭素と二酸化炭素

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正解２

解説

正しいのは２。二硫化炭素（CS₂）は炭素と硫黄からできているので、完全燃焼すると二酸化炭素（CO₂）と二酸化硫黄（SO₂）ができる（CS₂＋３O₂→CO₂＋２SO₂）。水素を含まないので水蒸気はできず、１・３は誤り。４・５の一酸化炭素は、酸素が足りない不完全燃焼のときにできるもので、完全燃焼では生じない。

間違えやすいポイント

燃焼の生成物は「含まれる元素」で決まる。Cは二酸化炭素、Sは二酸化硫黄、Hは水。

炭素が燃焼するときの熱化学方程式は（A）および（B）のとおりである。この方程式から考えて、次のうち正しいものはどれか。なお、炭素の原子量は12、酸素の原子量は16とする。
C + １/２ O２ = CO + 110kJ ……（A）
C + O２ = CO２ + 395kJ ……（B）

1. 炭素が完全燃焼するときは（A）式で、また、不完全燃焼するときは（B）式で表される。
2. 二酸化炭素の１molは、28gである。
3. 二酸化炭素１分子は、炭素１原子と酸素２原子からなっている。
4. 炭素12gが完全燃焼すると、二酸化炭素28gが生じる。
5. （A）、（B）の両式とも、炭素は吸熱反応により酸化されている。

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正解３

解説

正しいのは３。二酸化炭素（CO₂）１分子は、炭素原子１個と酸素原子２個からできている。１は逆で、一酸化炭素（CO）ができる（A）が不完全燃焼、二酸化炭素ができる（B）が完全燃焼。２は誤りで、CO₂の分子量は12＋16×２＝44なので、１molは44g（28gはCOの１mol）。４は誤りで、炭素12gは１molなので、完全燃焼すると二酸化炭素１mol＝44gが生じる。５は誤りで、両式とも右辺に「＋kJ」があり、熱を出す発熱反応。

間違えやすいポイント

COができるのが不完全燃焼、CO₂ができるのが完全燃焼。CO₂は１molで44g。

天然ガスの主成分であるメタン（CH４）の熱化学方程式は、次のとおりである。
CH４（気）+ ２O２（気）= CO２（気）+ ２H２O（液）+ 891kJ
この化学反応式からいえることとして、次のうち正しいものはどれか。なお、（気）は気体の状態、（液）は液体の状態を示している。

1. メタン１molに対し、酸素２molが生成する。
2. メタン１molに対し、水２molが反応する。
3. メタンが完全燃焼したときの反応生成物は、二酸化炭素と水である。
4. メタン１molが完全燃焼するとき、891kJのエネルギーが吸収される。
5. 反応の前後を比較すると、酸素原子の数は、反応前より反応後の方が多い。

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正解３

解説

正しいのは３。メタン（CH₄）は炭素と水素からできているので、完全燃焼すると二酸化炭素（CO₂）と水（H₂O）ができる。１は誤りで、酸素２molは左辺にあるので「反応する」側。２は誤りで、水２molは右辺にあるので「生成する」側。４は誤りで、右辺に「＋891kJ」とあるので、891kJの熱を放出する発熱反応。５は誤りで、酸素原子は反応前が２O₂の４個、反応後もCO₂の２個と２H₂Oの２個で４個となり、等しい。

間違えやすいポイント

左辺は反応するもの、右辺はできるもの。右辺の「＋kJ」は発熱。

以下はアセチレンが完全燃焼するときの化学反応式を示したものである。次の（ ）内のA～Dに当てはまる係数の和として正しいものはどれか。ただし、A～Dの係数はすべて整数とし、係数１は省略しないものとする。
（A）C２H２ + （B）O２ → （C）CO２ + （D）H２O

1. ９
2. 11
3. 13
4. 15
5. 17

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正解３

解説

正しいのは３（13）。まずAを１とすると、炭素からC＝２、水素からD＝１となるが、右辺の酸素原子は２×２＋１＝５個と奇数になり、Bが整数にならない。そこで全体を２倍してA＝２とすると、C＝４、D＝２、右辺の酸素原子は８＋２＝10個なので、B＝５となる。２C₂H₂＋５O₂→４CO₂＋２H₂O で、係数の和は２＋５＋４＋２＝13。１・２・４・５は係数の和として合わない。

間違えやすいポイント

C→H→Oの順に原子数をそろえ、分数になったら全体を２倍して整数にする。

水〔H２O〕54gに含まれる水素原子〔H〕の物質量として、次のうち正しいものはどれか。

1. １ mol
2. ３ mol
3. ４ mol
4. ６ mol
5. ８ mol

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正解４

解説

正しいのは４（６mol）。①水（H₂O）の分子量は１×２＋16＝18なので、54gは54÷18＝３mol。②水分子１個には水素原子が２個含まれるので、水素原子の物質量は３×２＝６molとなる。２の３molは水分子の物質量で、水素原子の数（×２）をかけ忘れた値。１・３・５は計算に合わない。

間違えやすいポイント

g÷分子量で分子のmolを出し、分子１個に含まれる原子の数をかける。

標準状態（０℃、１気圧（1.013×10⁵Pa））で体積が33.6Lの一酸化炭素の質量として、次のうち正しいものはどれか。ただし、標準状態で１molの気体の体積は22.4L、原子量はC＝12、O＝16とする。

1. 28.0g
2. 33.6g
3. 42.0g
4. 50.4g
5. 61.6g

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正解３

解説

正しいのは３（42.0g）。①一酸化炭素（CO）の分子量は12＋16＝28なので、１molは28g。②標準状態で１molの気体は22.4Lなので、33.6Lは33.6÷22.4＝1.5mol。③質量は28g×1.5＝42.0gとなる。１の28.0gは１mol分の質量、２の33.6gは体積の数値をそのまま質量とした誤り。４・５も計算に合わない。

間違えやすいポイント

気体は「L÷22.4」でmolに直し、１molの質量（分子量g）をかける。

標準状態（０℃、１気圧（1.013×10⁵Pa））において、メタン（CH４）96gを完全燃焼させたときに生成する二酸化炭素の物質量として、次のうち正しいものはどれか。なお、メタンの化学反応式は次のとおりであり、標準状態で１molの気体の体積は22.4L、原子量はH＝１、C＝12、O＝16とする。
CH４ + ２O２ → CO２ + ２H２O

1. １ mol
2. ４ mol
3. ６ mol
4. ８ mol
5. 10 mol

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正解３

解説

正しいのは３（６mol）。①メタン（CH₄）の分子量は12＋１×４＝16なので、96gは96÷16＝６mol。②反応式の係数から、メタン１molから二酸化炭素は１molできるので、二酸化炭素も６molとなる。１の１molは係数をそのまま読んだ値で、メタンの量（６mol）を考えていない。２・４・５は計算に合わない。

間違えやすいポイント

まず「g÷分子量」でmolに直し、次に係数の比で生成物のmolを求める。

標準状態（０℃、１気圧）において、エタン１Lを完全燃焼させるのに必要な酸素量として、次のうち最も近い値はどれか。なお、エタン（C２H６）の完全燃焼したときの化学反応式は、次のとおりである。
２C２H６ + ７O２ → ４CO２ + ６H２O

1. 2.0L
2. 3.5L
3. 4.0L
4. 4.5L
5. 7.0L

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正解２

解説

正しいのは２（3.5L）。反応式の係数から、エタン２分子に酸素７分子が反応する。同じ温度・圧力の気体では体積の比＝係数の比なので、エタン１Lに必要な酸素は７÷２＝3.5L。５の7.0Lは、エタンの係数２で割るのを忘れた値。１・３・４は係数の比に合わない。

間違えやすいポイント

気体どうしは「体積の比＝係数の比」。エタンの係数２で割るのを忘れない。

水素の気体が酸素の気体と反応して２molの水を生成し、およそ572kJの熱を発生する。
２H２ + O２ = ２H２O + 572kJ
この反応から、水素の気体が酸素の気体と反応して、144gの水を生じた場合、どれだけの熱を発生するか、最も近いものは次のうちどれか。ただし、水素の原子量を１、酸素の原子量を16とする。

1. 1,144kJ
2. 1,716kJ
3. 2,288kJ
4. 2,860kJ
5. 3,432kJ

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正解３

解説

正しいのは３（2,288kJ）。①水（H₂O）の分子量は１×２＋16＝18なので、144gは144÷18＝８mol。②熱化学方程式より、水２molで572kJなので、水１molあたり572÷２＝286kJ。③８molでは286×８＝2,288kJとなる。１の1,144kJは４mol分、２の1,716kJは６mol分、４の2,860kJは10mol分、５の3,432kJは12mol分の熱量。

間違えやすいポイント

熱量はmolに比例する。まず「できた水は何molか」に直す。

強欲な青木

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