物質量molを質量、体積に変換できますか?単位換算の方法について、例題で解説

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物質量って何ですか?

物質を構成する粒子数をアボガドロ数で割った値です
単位はmolです

アボガドロ数って何ですか?

物質量1molを構成する粒子数です
6.02×1023個というとても大きな数です

物質量を質量や体積に変換できますか?

できますよ
原理がわかると簡単です

科学に携わっていると、物質量を他の単位に換算する場面が必ずあります。物質量から質量や体積に換算したいけど、よくわからないという方は本記事を参考にしてください。

本記事は、物質量を質量や体積に換算する方法に焦点を当てた記事です。具体的には物質量から質量(g)、体積(L)の求め方について解説しています。

本記事を理解すると、物質量の扱い方に関して、理解が深まります。また、物質量から他の単位への換算が容易にできるようになります

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物質量(mol)と質量(g)の変換

周期表には各元素の原子量が記載されています。これはその元素1molあたりの質量(モル質量)と同値です。

ナトリウムNaの原子量は23ですが、これはナトリウム1.0molあたり23gであることを意味しています。2.0molあれば46g、3.0molあれば69gというように各物質の物質量が分かれば、質量が求まります。

逆に、実際の質量から物質量を求めることもできます。天秤でナトリウムを23g量りとれば、1.0molです。2.3g量りとれば、0.10molに相当します。

例題① 酸化マグネシウムの質量を求める

【例題】
酸化マグネシウムMgO 2.0molは何gか?
原子量は、Mg = 24, O = 16とする。

【解答】
MgOの式量: 24 + 16 = 40
これはMgO 1molあたりの質量を表しているので、
40 (g/mol)× 2.0 (mol) = 80(g)

例題② 硫酸の物質量を求める

【例題】
硫酸H2SO4 9.8gは何molか?
原子量は、H = 1, O = 16, S = 32とする。

【解答】
H2SO4の式量: 1 × 2 + 32 + 16 × 4 = 98
これはH2SO4 1molあたりの質量を表しているので、
9.8(g) / 98 (g/mol) = 0.10(mol)

例題③ 水酸化ナトリウム水溶液の調製

【例題】
水酸化ナトリウムNaOHを水95gに溶かして、5.0%NaOH水溶液を調製したい。必要なNaOHの質量と物質量はいくらか?
原子量は、H = 1, O = 16, Na = 23とする。

【解答】
NaOHの式量: 23 + 16 + 1 = 40

NaOHの質量をX(g)とする。
NaOH水溶液の濃度に関して立式すると、
X / (95+X) × 100 = 5
X = 5.0(g)

NaOHの物質量は
5.0(g) / 40(g/mol) = 0.125 ≒ 0.13(mol)

【基本事項】
質量パーセント濃度(%) = 溶質の質量 / 溶液の質量 × 100

物質量(mol)と体積(L)の変換

標準状態における気体1molあたりの体積は22.4(L)です。これさえ押さえておけば、計算できます。それ以外の場合は、ファン・デル・ワールスの状態方程式を解く必要があります。ファン・デル・ワールスの状態方程式は複雑ですので、ここでは触れません。

もし、興味のある方は以下の外部サイトに詳しく記載されていますので、参考にしてみてください。

ファンデルワールス状態方程式のはなし

例題④ アンモニアの体積を求める

【例題】
アンモニアNH3 2.0molは標準状態で何Lか?

【解答】
標準状態で1.0molあたりの気体の体積は22.4Lなので、
22.4(L/mol) × 2.0(mol) = 44.8 ≒ 45(L)

例題⑤ 酸素の質量から体積を求める

【例題】
酸素O2 16gは標準状態で何Lか?
原子量は、O = 16とする。

【解答】
O2の分子量: 16 × 2 = 32
よって、O2の物質量は
16(g) / 32(g/mol) = 0.50(mol)

標準状態で1molあたりの気体の体積は22.4Lなので、
22.4(L/mol) × 0.50(mol) = 11.2(L) ≒ 11(L)

例題⑥ 空気中の窒素と酸素の体積を求める

【例題】
空気には窒素と酸素がおよそ4:1の物質量の割合で含まれている。2.0molの空気の中には、窒素と酸素がそれぞれ何L含まれているか?

【解答】
窒素の物質量: 2.0(mol)× 4/5 = 1.6(mol)
酸素の物質量: 2.0(mol) × 1/5 = 0.4(mol)

よって、窒素の体積は
22.4(L/mol) × 1.6(mol) = 35.84 ≒ 36(L)
また、酸素の体積は
22.4(L/mol) × 0.4(mol) = 8.96 ≒ 9.0(L)

本記事のまとめ

ここまで、物質量と質量、体積の換算方法について、例題を通して解説してきました。
以下、本記事のまとめです。

物質量molを質量や体積に変換できますか?

◎物質量と質量
物質1molあたりの質量(モル質量)を求める
物質量(mol) = 質量(g) / モル質量(g/mol)で計算する

※モル質量は物質によって異なる

◎物質量と体積
標準状態における気体1molあたりの体積(モル体積)は22.4L
物質量(mol) = 体積(L) / 22.4(L/mol)で計算する

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