Question 1

【化学反応式の係数（メタン）】メタン（CH4）の完全燃焼を表す次の化学反応式の係数 a、b、c の組み合わせとして正しいものはどれか。 CH4 ＋ aO2 → bCO2 ＋ cH2O

Accepted Answer

a=2, b=1, c=2。【解説】左右の原子の数を合わせます。1. 左辺のCは1個なので、右辺のCO2も1個（b=1）。これにより右辺のC=1。2. 左辺のHは4個なので、右辺のH2Oは2個（c=2）。これで右辺のH=4。3. 右辺のOは、CO2に2個、H2O(×2)に2個、合計4個。したがって左辺のO2は2個（a=2）必要です。完成式：CH4 ＋ 2O2 → CO2 ＋ 2H2O【他の選択肢が不適切な理由】酸素の数を1とする組み合わせでは、右側にある酸素の原子の数に足りません。酸素を2としながら二酸化炭素も2とする組み合わせは、炭素の数が左右で合わなくなります。酸素を3とする組み合わせは、右側に必要な数より多くなり、余りが出てしまいます。左右で原子の数がそろっているかを、炭素、水素、酸素の順に確かめると迷いません。

Question 2

【化学反応式の係数（プロパン）】プロパン（C3H8）が完全燃焼したときの化学反応式について、プロパン1分子を燃焼させるために必要な酸素（O2）分子の数はいくつか。

Accepted Answer

5 個。【解説】プロパンの完全燃焼式を作ります。C3H8 ＋ aO2 → bCO2 ＋ cH2O1. Cが3個なので、CO2は3個（b=3）。2. Hが8個なので、H2Oは4個（c=4）。3. 右辺の酸素原子(O)の合計は、(3×2)＋(4×1) = 10個。4. したがって左辺のO2分子は、10 ÷ 2 = 5個（a=5）必要です。完成式：C3H8 ＋ 5O2 → 3CO2 ＋ 4H2O【他の選択肢が不適切な理由】3個とする答えは、生じる二酸化炭素の個数をそのまま当てはめたものです。4個とする答えは、生じる水の個数を当てはめた場合に出てきます。6個とする答えは、右側にある酸素の原子の数を数え違えた場合の値です。右側の酸素の原子を全部数え、それを2で割ると、必要な酸素の分子の数が求まります。

Question 3

【必要酸素体積の計算】標準状態において、10 L のプロパンガス（C3H8）を完全燃焼させるために必要な純粋な酸素ガス（O2）の体積はいくらか。

Accepted Answer

50 L。【解説】気体の反応において、化学反応式の「係数の比」は、そのまま「体積の比」になります。プロパンの反応式：1 C3H8 ＋ 5 O2 → 3 CO2 ＋ 4 H2O係数を見ると、プロパン「1」に対して酸素は「5」必要です。したがって、プロパンが 10 L あれば、酸素はその5倍の 50 L 必要になります。非常に強力な爆発には、大量の酸素が必要であることがわかります。【他の選択肢が不適切な理由】10リットルとする答えは、燃やす気体と同じ体積で足りるとしたもので、必要な数の比を見ていません。30リットルという答えは生じる二酸化炭素の比を、40リットルという答えは生じる水の比を当てはめた場合に出てきます。気体どうしの反応では、式の数の比がそのまま体積の比になるため、必要な酸素の比を使います。

Question 4

【必要空気量の計算】10 L のプロパンガスを完全燃焼させるために必要な「空気」の体積はおよそいくらか。ただし、空気中の酸素の体積割合を 20% とし、プロパン燃焼に必要な純酸素は 50 L であるとする。

Accepted Answer

250 L。【解説】乙4の計算問題で最も差がつく応用問題です。必要な純粋な酸素（O2）は 50L と分かっています。しかし、周囲にあるのは純酸素ではなく、酸素が20%（5分の1）しか含まれていない「空気」です。空気を x L とすると、その20%が酸素50L分になればよいので、x × 0.20 ＝ 50x ＝ 50 ÷ 0.20 ＝ 250 L。燃焼には、燃料の何十倍もの大量の空気が必要になるということです。【他の選択肢が不適切な理由】50リットルという答えは、純粋な酸素の量をそのまま答えたもので、空気の中に酸素が一部しか含まれていないことを数えていません。100リットルという答えは、その割合を半分と見積もった場合に近い数です。500リットルという答えは、割合を10分の1と取り違えた場合に出てきます。5分の1しか含まれていないので、5倍の空気が要ります。

Question 5

【モル（mol）の計算】二酸化炭素（CO2）が 88 g ある。これは何 mol（モル）か。ただし、原子量は C=12、O=16 とする。

Accepted Answer

2.0 mol。【解説】まず、CO2の分子量を計算します。分子量 = C(12) ＋ O(16)×2 ＝ 12 ＋ 32 ＝ 44。分子量が44ということは、CO2は「1 mol あたり 44 g」であるという意味です。いま手元に 88 g あるので、モル数 = 質量(88g) ÷ 分子量(44g/mol) = 2.0 mol となります。【他の選択肢が不適切な理由】0.5という答えは、割る数と割られる数を入れ替えた場合に出てきます。1.0という答えは、分子1個ぶんの重さを実際の倍に見積もった場合に当たります。4.0という答えは、逆に半分に見積もった場合の値です。まず原子の重さを足して1まとまりあたりの重さを求め、手元の重さをそれで割るという順で計算します。

Question 6

【pHの基礎計算】ある水溶液の水素イオン濃度 [H+] が 1.0 × 10^-3 mol/L であった。この水溶液のpH（水素イオン指数）はいくらか。また、液性は何か。

Accepted Answer

pH = 3 であり、酸性であるとされる。【解説】pHは水素イオン濃度 [H+] を用いて、10のマイナス何乗か（指数部分の絶対値）で表します。[H+] = 10^-3 であれば、pH = 3 となります。pHのスケールは以下の通りです。・pH = 7 ： 中性・pH ・pH > 7 ： アルカリ性pH=3 は中性より小さいため「酸性（塩酸などに近い）」と分かります。【他の選択肢が不適切な理由】値は3としながらアルカリ性とする記述は、液の性質の向きが逆です。中ほどの値より小さければ酸性になります。11としてアルカリ性とする記述は、中ほどの値をはさんで反対側に取った場合の数です。指数の形のまま答えて中性とする記述も誤りで、この表し方は指数の右肩の数を正の値にして表します。

Question 7

【希釈によるpH変化】pH = 2 の塩酸（強酸）を純水で 100倍 に薄めた（希釈した）。希釈後の水溶液の pH はおよそいくらになるか。

Accepted Answer

pH = 4。【解説】pH=2 ということは、水素イオン濃度が 10^-2（1/100）mol/L という意味です。これを水で 100倍（10^2倍）に薄めると、濃度はさらに1/100に薄まります。10^-2 × (1/100) = 10^-4 mol/L となります。したがって、新しいpHは 4 となります。※10倍薄めるとpHは1つ中性(7)に近づき、100倍薄めるとpHは2つ中性(7)に近づく、と覚えておくと計算不要で解けます。【他の選択肢が不適切な理由】0とする答えは、薄めたのに酸性が強くなったことになり、向きが逆です。変わらないとする答えも、水を加えれば水素イオンの濃さが下がるという事実に反します。100とする答えは、薄めた倍率をそのまま値にしたもので、この数値の意味を取り違えています。100倍に薄めると、値は中ほどへ向かって2つぶん動きます。

Question 8

【中和反応の計算】水酸化ナトリウム（NaOH）と塩酸（HCl）の中和反応式は「NaOH ＋ HCl → NaCl ＋ H2O」である。0.1 mol のNaOHを完全に中和するために必要なHClは何molか。

Accepted Answer

0.1 mol。【解説】化学反応式「1 NaOH ＋ 1 HCl → 1 NaCl ＋ 1 H2O」の係数を見ます。NaOHとHClの係数は 1：1 です。つまり、NaOH分子1つを中和するには、HCl分子がぴったり1つ必要です。したがって、0.1 mol の塩基（NaOH）を完全に打ち消すには、同じ 0.1 mol の酸（HCl）が必要となります。【他の選択肢が不適切な理由】0.05という答えは、必要な量を半分に見積もったもので、反応の式にある数の比と合いません。0.2という答えは倍に見積もった場合の値です。1.0という答えは、与えられた量とは無関係なきりのよい数字にすぎません。式の左側で両者の数が同じ比で並んでいるので、必要な量も同じ値になります。

Question 9

【酸化数の計算】二酸化硫黄（SO2）における硫黄（S）の酸化数はいくつか。ただし、酸素（O）の酸化数は原則として -2 とし、化合物全体の酸化数の合計は 0 になるものとする。

Accepted Answer

+4。【解説】酸化数とは「酸素とどれくらい結びついているか（電子を奪われているか）」の度合いを示す数値です。ルールとして、Oの酸化数は「-2」です。SO2にはOが2つあるので、O部分の合計は -2 × 2 = -4 になります。分子全体(SO2)の酸化数はゼロ（プラマイゼロ）にならなければいけないため、Sの酸化数 ＋ (-4) ＝ 0Sの酸化数 ＝ +4 となります。【他の選択肢が不適切な理由】マイナス2という答えは、酸素側に割り当てられる値をそのまま当てはめたものです。0という答えは、その元素が単独で存在する場合の値であり、他と結びついた状態には当てはまりません。プラス2という答えは、酸素を1個ぶんしか数えなかった場合に出てきます。酸素は2個あるので、合わせてゼロになるように逆向きの値を求めます。

Question 10

【モルと体積の総合計算】標準状態（0℃、1気圧）において、5.6 L のメタンガス（CH4）がある。このメタンガスの質量は何 g か。ただし、C=12、H=1とし、標準状態の気体1molの体積は 22.4 L とする。

Accepted Answer

4 g。【解説】体積 → モル → 質量 の2段階で計算する総合問題です。1. 体積からモルを出す：22.4 L で 1 mol ですから、5.6 L は 5.6 ÷ 22.4 = 0.25 mol（1/4モル）です。2. メタンの分子量を出す：C(12) ＋ H(1)×4 = 16。つまり、1 mol なら 16 g という意味です。3. 質量を出す：0.25 mol なので、 16 g/mol × 0.25 mol = 4 g となります。【他の選択肢が不適切な理由】8グラムという答えは、まとまりの数を実際の倍に見積もった場合の値です。16グラムという答えは、1まとまりぶんの重さをそのまま答えたもので、与えられた体積が1まとまりに満たない点を見ていません。22.4グラムという答えは、体積の数値を重さとして答えてしまったものです。体積からまとまりの数を出し、それに1まとまりの重さを掛けます。

化学計算（反応式等）の一問一答