【化学クイズ】完全燃焼したときの二酸化炭素の体積から組成式を求める方法

C、Hからなる物質17.8 gを完全燃焼させると、標準状態で31.4 LのCO₂が生じた。もとの物質の組成式を書きましょう。

原子量はH = 1.0、C = 12.0、N = 14.0、O = 16.0とする。

組成式C_aH_bO_cN_dは各元素の原子数の比を表すものです。未知の物質の組成式を求めるには、未知の物質をある一定量取ります。そして、その未知の物質の中に含まれる各元素の原子数をモル単位で求めて、その比をとります。

$a:b:c:d= n_{\rm{ C}}:n_{\rm{ H}}:n_{\rm{ O}}:n_{\rm{N}}$

C原子とH原子の数は、完全燃焼させることで求めることができます。

未知の物質のCが1個につき、完全燃焼させた後のCO₂が1個生じます。

未知の物質のHが2個につき、完全燃焼させた後のH₂Oが1個生じます。

今回は生じたCO₂の量がわかっているので、CO₂のmolを求めて、その後Hの量を考えます。また、標準状態で気体は22.4 L/molです。よって次の式でCのmolを求めます。

$\displaystyle n_{\rm{ C}} = n_{\rm{ CO_2}} = \frac{31.4}{22.4} = 1.4$

よって、Cは1.4 mol存在したことがわかりました。次にもとの物質の質量ともとの物質のCの質量からもとの物質のHの質量を求めることで、もとの物質のHのmolを求めます。

$\displaystyle n_{\rm{H}} = \frac{W_ {\rm{全}} - W_ {\rm{H}}}{1}$

$\displaystyle = \frac{17.8 - 12 \times 1.4 }{1} = 1.0$

よって、各元素のモル比は次のようになります。

$n_{\rm{ C}}:n_{\rm{ H}} = 1.4: 1 = 7 : 5$

よって組成式はC₇H₅となります。

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