化学についてです。

質問

化学の問題です。

化学がとても苦手で学校でこの問題を出されたのですが…よく分からなかったので、丁寧な説明と共に解説をして貰えると助かります。よろしくおねがいします。

(1)次の化合物の共有結合を原子軌道の重なりで説明しなさい。HーF、HーCl、HーBr、F2、Cl2、Br2。

(2)硝酸カリウムは20℃で水100gに最大で31.6gまで溶け、この飽和溶液の比重は1.2である。この飽和溶液の質量％濃度とモル濃度はいくらか。

(3)エタノール9.2ｇを燃焼したとき何ｇの二酸化炭素が生じるか、また何ｇの水が生じるか。計算式も示しなさい。

回答No.4

ORUKA1951 · ベストアンサー

(1)原子軌道(atomic orbital)ですね。原子の周囲の電子ですから原子軌道(atomic orbital)です。
　　水素の原子軌道はs¹　ハロゲンは s²p⁵ですから
　HーF、HーCl、HーBr、HーBr、F2、Cl2、Br2は、sおよびsp混成軌道同士の重なりによるσ結合です。
　　○<-- px,py　
・○・○ σ結合軌道とσ孤立軌道
　　○
H　　Cl

(2) 硝酸カリウムは20℃で水100gに最大で31.6gまで溶け、この飽和溶液の比重は1.2である。この飽和溶液の質量％濃度とモル濃度はいくらか。
　これは割合。化学ではなく算数(小学校)
　溶解度ですから、100gに31.6gまで溶けるのですから、
[割合] = [ある量]/[比べる量]　　・・・　[濃度] = [溶質]/[溶液]
　31.6(g)/(100(g) + 31.6(g)) =
　モル濃度は、1Lあたりのモル数なので
　・この溶液の体積(L)は、密度で割ると出てくる。
　　　131.6(g)/1.2(g/mL) ≒ 110(mL) ＝ 0.11(L)
　・モル数(mol)は、質量(g)を式量(g/mol)で割れば出てくる。
　　　　単位　(g)/(g/mol) = mol
　　硝酸カリウムの式量は101(g/mol)
　{31.6(g)/101.10(g/mol)} / 0.11(L) ＝

(3) C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O
　　　46g(1モル)---> 88g(2モル) 54g(3モル)
　　46:88:54 = 9.2:x:y

＞化学がとても苦手で
　ここで聞くのではなく!!!。授業にせっかく行くのだから、授業中、前後、休み時間でも先生捕まえてとことん聞く!!

回答No.3

QoooL

画像の中で　７族　となっているのは
１７族の　１が抜け落ちて　いますから。

回答No.2

QoooL

＃１です。間違えた。

孤立電子のところだけ　不対電子（ふついでんし）に読み替えてください。

あと、化学式って、構造式や電子式も全～部引っくるめて広い意味の化学式ですよ！誤解なく。

回答No.1

QoooL

うーん、なかなか多かった（＾＾）

（１）
周期表を必ず見てください。
水兵リーベはもう覚えましたか？

行を
第１周期（Ｈ、Ｈｅ）
第２周期（Ｌｉ、Ｆ、Ｎｅ　など）
第３周期（Ｎａ、Ｃｌ、Ａｒ　など）
第４周期（Ｋ、Ｂｒ、Ｋｒ　など）
と呼びます。

元素は　「原子番号」の順に並んでいます。だから下に行くほどだんだん数字が大きくなります。
原子の場合、原子番号と電子の数は同じです。

電子は内側から
Ｋ殻（かく）２個、
Ｌ殻　８個、
Ｍ殻　８個、
ずつ入っていきます。
（アルファベット順にＫＬＭ）

Ｈ　　　Ｋ殻に１個目
Ｈｅ　　Ｋ殻に２個目　Ｋ殻はこれでいっぱい

Ｌｉ　　Ｋ殻に２個入ったまま　Ｌ殻に１個目
Ｂｅ　　Ｋ殻に２個入ったまま　Ｌ殻に２個目
・・・
Ｆ　　　Ｋ殻に２個入ったまま　Ｌ殻に７個目
Ｎｅ　　Ｋ殻に２個入ったまま　Ｌ殻に８個目　Ｌ殻はこれでいっぱい

Ｎａ　　Ｋ殻に２個、Ｌ殻に８個入ったまま　Ｍ殻に１個目
Ｍｇ　　Ｋ殻に２個、Ｌ殻に８個入ったまま　Ｍ殻に２個目
・・・
Ｃｌ　　Ｋ殻に２個、Ｌ殻に８個入ったまま　Ｍ殻に７個目
Ａｒ　　Ｋ殻に２個、Ｌ殻に８個入ったまま　Ｍ殻に８個目
Ｍ殻はまだいっぱいではないが、この次はＮ殻に移る。
（Ｍ殻は１８個まで。その話はまた今度。）

Ｋ　　　Ｋ殻に２個、Ｌ殻に８個、Ｍ殻に８個入ったまま　Ｎ殻に１個目
Ｃａ　　Ｋ殻に２個、Ｌ殻に８個、Ｍ殻に８個入ったまま　Ｎ殻に２個目
・・・
Ｂｒ　　Ｋ殻に２個、Ｌ殻に８個、Ｍ殻に８個入ったまま　Ｎ殻に７個目
Ｋｒ　　Ｋ殻に２個、Ｌ殻に８個、Ｍ殻に８個入ったまま　Ｎ殻に８個目

で、絵を付けましたけど、左下の三重円を見てください。どこが一番外側になっているかが重要です。

あ、先に指摘だけど、「原子軌道」じゃなくて「電子軌道」ですよ！
で、この一番外側の電子軌道に入っている電子の数を
　　　最外殻電子数
と言います（漢字が多いけどこの程度で眠くならないでください）。

Ｈ　　　Ｋ殻に１個目　…最外殻電子数　１
Ｆ　　　Ｋ殻に２個入ったまま　Ｌ殻に７個目　…最外殻電子数　７
Ｃｌ　　Ｋ殻に２個、Ｌ殻に８個入ったまま　Ｍ殻に７個目　…最外殻電子数　７
Ｂｒ　　Ｋ殻に２個、Ｌ殻に８個、Ｍ殻に８個入ったまま　Ｎ殻に７個目　…最外殻電子数　７

周期表をもう一度見てください。
一番左の列を１族と呼びます。
Ｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、・・・
ただＨ以外は　「イオン結合をしやすい」ので、共有結合の話は出てきません。
Ｈは共有結合の時は腕１本　です（腕＝価標、かひょう）。

一番右の列を１８族と呼びます。別名　希ガス。
Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、・・・
共有結合の話もイオン結合の話も出てきません。
Ｈｅ　だけは　Ｋ殻に２個目　…最外殻電子数　２
です。
Ｎｅ　　Ｋ殻に２個入ったまま　Ｌ殻に８個目　…最外殻電子数　８
Ａｒ　　Ｋ殻に２個、Ｌ殻に８個入ったまま　Ｍ殻に８個目　…最外殻電子数　８
Ｋｒ　　Ｋ殻に２個、Ｌ殻に８個、Ｍ殻に８個入ったまま　Ｎ殻に８個目　…最外殻電子数　８
で８個です。

さっき言ったように、周期表は原子番号順に並んでいます。つまり、
原子の電子の数順に並んでいます。
最外殻電子数　８　の一つ左側（一つ前）は、電子が１つ少ないのだから、
最外殻電子数　７
です。

Ｆ　　　Ｋ殻に２個入ったまま　Ｌ殻に７個目　…最外殻電子数　７
Ｃｌ　　Ｋ殻に２個、Ｌ殻に８個入ったまま　Ｍ殻に７個目　…最外殻電子数　７
Ｂｒ　　Ｋ殻に２個、Ｌ殻に８個、Ｍ殻に８個入ったまま　Ｎ殻に７個目　…最外殻電子数　７
ほら、３つとも　最外殻電子数　７　ですね。
（ＦはＬ殻が一番外で７個、Ｎｅの一つ左、
ＣｌはＭ殻が一番外で７個、Ａｒの一つ左、
ＢｒはＮ殻が一番外で７個、Ｋｒの一つ左）

１８族の一つ左の列を１７族と呼びます。別名　ハロゲン。
Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、・・・
ふっくらブラウス　私が
と覚えます。覚えてください。必要です。入試頻出です。
共有結合もイオン結合もよくします。
共有結合の時は腕１本　です。

最外殻電子数　を図の電子式の・のように表します。
Ｈの場合は単純です。
Ｈ　　　Ｋ殻に１個目
なので、・が１個だけですね。これを「腕１本」と言います。

最外殻電子数　７　の場合、電子は２個ずつペアにして分けていきます（１や７以外の場合はまた、別のところで学んでください）。
２、２、２、で最後１個余ります。これを孤立（こりつ）電子と呼びます。これも「腕１本」と言います。孤立電子は左でも右でも上でも下でも良いです。

で、共有結合、の名前の通り、お互いに孤立電子を１つずつ出し合ってペアを作る結合があります。右側の６つがそれです。

ＨとＦの場合。
Ｈを囲む円を見ると。Ｈの周りには・が２個あって、完成しています。
ＨとＨｅだけは２個で完成です（Ｋ殻だから）。

Ｆを囲む円を見ると。Ｆの周りには・が８個あって、完成しています。
基本的に８個で完成です（希ガスと同じ電子配置になった、ということをいずれ習う）。

だから、ＨとＦは、もともと孤立電子を１個ずつ持っていて、あと１つあれば完成、という状態だったのだけど、お互いが接近して円を重ねることによって、お互いが満たされる関係になったわけです。

円が重なっているところに・・電子が２個入っているのが見えますね。これを―、線（価標）１本で表します。腕と腕ががっちり手を結んだ、ということです。
それを、Ｈ―Ｆ　と書くんです（構造式）。

同じ考え方で、ＦとＦの場合。
左のＦを囲む円を見ると、・が８個あって、完成しています。
右のＦを囲む円を見ると、やっぱり・が８個あって、完成しています。
円が重なっているところに・・電子が２個入っているのが見えますね。これを価標１本で表します。それを、Ｆ―Ｆ　と書くんです（構造式）。
Ｆ―Ｆ　は　Ｆ2　とも書きます（2は右下の小さい字。化学式、分子式）。

問題の答え方としては、

Ｈ―Ｆ　は、ＨのＫ殻の電子１つと、Ｆの最外殻であるＬ殻の電子７つの内の１つが、共有電子対を作って結合している。

Ｆ―Ｆ　は、Ｆの最外殻であるＬ殻の電子７つの内の１つが、２つ結びついて共有電子対を作って結合している。

となります。

Ｃｌ、Ｂｒ　の場合は、最外殻の名前が変わるだけで、数字的なものは完全に一緒です。
この回答をながめるだけじゃなくて、ぜひ紙に描いて、１、２、３、…７、と数えてみてください。じゃないと上達しませんよ。

もうだいぶ長くなったので、（２）（３）はヒントだけにします。

（２）
質量パーセント濃度。
３１.６ｘ１００　／　（１００＋３１.６）
分子の方のｘ１００は、パーセントの数字にするためのｘ１００。

硝酸カリウム
ＫＮＯ3　ということがわからないと、モル濃度は求められない。
Ｋの数字（質量数）とＮの数字（１４）と　Ｏ　三つ分の数字（１６ｘ３）を足し算して、
まず式量を求める。
３１.６を式量で割るとモルが出ます。

後は省略。
比重（１.２）は、モル濃度から質量モル濃度に変換するときなどにもよく出題されます。

（３）
燃焼の化学反応式が書けないと解けない。
エタノールは？
Ｃ2Ｈ5ＯＨ　（または、Ｃ2Ｈ6Ｏ）

Ｃ2Ｈ6Ｏ　＋　Ｘ　Ｏ2　→　Ｙ　Ｈ2Ｏ　＋　Ｚ　ＣＯ2

考え方だけど、まず、燃えるというのはＯ2が結合するということ。
完全燃焼すると、Ｈ2Ｏ　と　ＣＯ2　だけになって、Ｃ2Ｈ6Ｏ　がきれいに消える。
Ｃ2Ｈ6Ｏ　の数字をよく見る。
Ｃが２個だから、Ｚは２
Ｈが６個だから、Ｈ2Ｏだと半分になるので　Ｙは３
（３ｘ２＝６　で確かめられる。）

Ｃ2Ｈ6Ｏ　＋　Ｘ　Ｏ2　→　３Ｈ2Ｏ　＋　２ＣＯ2

あと考えていないのは？　Ｏだけ。
右側を見るとＯは　３個　と　４個（２ｘ２）　で合計７個。
左側を見るとＯは　１個　と　２Ｘ個。
１＋２Ｘ＝７
Ｘ＝３

Ｃ2Ｈ6Ｏ　＋　３　Ｏ2　→　３Ｈ2Ｏ　＋　２ＣＯ2

そもそもこの辺りまで自力でできない様子を見ると、これ以上をいっぺんに教えても苦しいと思うから省略します。
まずはここまでを　「完璧に」理解して自力で再現できるよう、練習してください。

Ｃ2Ｈ6Ｏ　や　Ｈ2Ｏ　や　ＣＯ2　の式量も求めないといけないのですけど、式量という言葉も理解しないといけませんよ。

まずは小さなことからコツコツと　がんばってください。