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化学式調べ      

こんばんは。中学3年生です。化学の問題でわからない問題があったので教えてください。
問題文は「『全ての気体は同温・同圧・同体積中に同数の分子を含む。』ことが知られている。 今、炭素原子と水素原子のみからなる、互いに分子式の異なる気体化合物A,B,Cについて、以下に述べるような実験をした。 まず、A,B,Cそれぞれの気体を100cm^3ずつとって過剰の酸素を加え、完全燃焼させたところ体積が酸素混合後の体積よりもm cm^3減少した。 次に燃焼後の気体を濃い水酸化ナトリウム水溶液中に通じたところ体積さらにn cm^3減少した。 気体の体積は全て同温・同圧下で測定するものとして、また燃焼により生じた水は全て液体になるものとする。
m,nのデータについてはA→m:201 n:99
B→m:225 n:198 C→m:299 n:301 となった。
次の問に答えよ。
 (問1)水酸化ナトリウム水溶液中に通じた後に残る気体は何か。
 (問2)燃焼に要した酸素の体積はどのようにあらわされるか。m,nを用いよ。
 (問3)A,B,Cそれぞれの分子式を求めよ。 」です

自分では CxHyとおいて、CxHy + (2x+y/2)O → xCO2 + y/2H2O と反応式が立てれて、 Aで言うとCxHy が 100m^3 で xCO2が100cm^3 なので、それぞれを分子数で表すと(n)と(n)と等しいので CO2 の係数が1(=x)と決まって、反応式が CHy + (2+y/2)O → CO2 + y/2H2O とまでB,Cについても立てれたのですがそこからまったく進めなくなり、nは反応後のCO2量とわかったのですがmになると水と・・・とわからないです。mが何の質量であるかなどというのも含めて、教えてください。長文になりましたがよろしくお願いします。できるだけ丁寧に教えていただけるととてもうれしいです。

2007-02-03 02:51の質問
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回答(1)

1.

2007-02-03 05:34:58ベスト
まず、完全燃焼の反応式は次のようになります。
CxHy + (x+y/4)O2 → xCO2 + y/2H2O
(酸素は、OではなくO2です。)

(問1)酸素;上の反応式で残った気体はCO2ですが、十分な水酸化ナトリウム水溶液中に通せば、炭酸水素ナトリウム/炭酸ナトリウムになって残りません。燃焼で反応しなかった余剰分の酸素だけは水酸化ナトリウム水溶液に通しても残ります。

(問2)反応式から、
CxHy:O2:CO2 = 1:x+y/4:x
の比になるので、
(燃焼前)-(燃焼後) = (1+x+y/4)-x = 1+y/4
となります。(余剰分の酸素については、もし考慮してもこの引き算で消えます。)これは、CxHyを1としたときの比なので、これを100[cm^3]として式をたてると、
100:m = 1:1+y/4
よって、
y = (m-100)/25 ・・・(1)
また、(問1)の考察から、
100:n = 1:x
よって、
x = n/100 ・・・(2)
ここで、酸素の体積をVとすると、
100:V = 1:x+y/4
となり、
V = n+m-100 [cm^3]。

(問3)A:CH4、B:C2H5、C:C3H8。
(1)と(2)にそれぞれ代入すれば求めることができます。Aはメタン、Cはプロパンですが、Bはエタンとエチレンが混ざってたとかいう解釈でしょうか・・・。

mは何かということですが、「CxHyと使用した酸素の体積から反応後にできたCO2の体積を引いたもの」としか言えません。水の扱いは、問題文に「燃焼により生じた水は全て液体になるものとする」と書いてあって、この意味は「水は気体で残らず、液体の体積は気体に比べ微量になってしまうから、その体積は考えなくてよい」ということです。

本当は反応式のところの単位はmolをつけて説明したいのですが、習ってないと言われそうなので使用を避けました。反応式についている係数は個数のようなものなので、基準を決めておけば比をとれる、と理解すればいいのではないかと思います。
回答レベル : 回答

回答ありがとうございます。mの説明のところなど、とてもよくわかりました。ちなみに「実験の際に測定を誤ったために(問3)で求めたものの中には実際上ありえない分子式が含まれている それはどれか。ただし、原子価は炭素原子が4、水素原子が1とする。」という(問4)を書き忘れていました。もうわかったのですが、この答えがやはりBとなっていました。 いつもわかりやすい解説とちょっとしたアドバイス、ありがとうございます。とても役に立っています。またよろしくお願いします。

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