温水を用いたときの二酸化窒素と水の反応式の作り方

質問

オストワルト法の式の作り方で質問です。

NH_3 + O_2 ⇒　NO + H_2O
については
(1)アンモニアの係数を１として考え、両辺窒素原子の数があっているのでNOの係数も1
(2)水素原子が左辺3個、右辺2個なので右辺のH_2Oは3/2が係数になる
(3)右辺が酸素原子トータルで5/2個より左辺の酸素分子の係数は5/4

以上から
1 アンモニア + 5/4 酸素分子 ⇒　1 一酸化窒素　+ 3/2　水
より、
4NH_3 + 5O_2 ⇒ 4NO + 6H_2O
となりあっていました。
そしたら先生が
『オストワルト法は三段階でここが手計算もったいないから、45と46で
シゴとシロ』
で覚えろ。
と言われました。確かに覚えやすい。でも導出するまでに別にそこまで時間かかりませんでした。。。

というのも問題はここです。

三段階目の温水でNO_2を硝酸にする反応ですが、授業では平気で
3NO_2 + H_2O ⇒ 2HNO_3 + NO
だよね。

と言われました。

どういう風に考えればそんな上記の仕事しろ！
よりも早く係数が出せるのかも気になりましたし、それこそどこを基準として計算していいかわからず質問するのが恥ずかしくそのまま放置してましたがやっぱり自分で手計算をするとうまくいかないので上記のアンモニアと一酸化窒素の反応式のようにどういう風に係数をそろえていくかというプロセスを教えてください。

あと私は結局シゴトシロの式より下記の方が難しかったのですがそれは私の思い違いや計算違いでそうなっているだけでそもそも係数をつけるにあたり、秒殺の式だとしたらどうしてかもお教えいただきたいです。

質問の内容が幼いことは重々承知ですが変につまづいて本当に困っているのでご指導いただければ幸いです。謹んでお願い申し上げます。硝酸の作り方、マスターしたいです。

回答No.2

skydaddy · ベストアンサー

学生の時、やっていた方法です。
オストワルド法と同じ事ですが、どこに目をつけるかがポイントです。

係数の無い式は、
NO_2 + H_2O ⇒ HNO_3 + NO

まず、式の両辺で１つ（１化合物）ずつしか出てこない元素を探す。
この場合、水素（H)が当てはまる。窒素（N,右辺で２つ）と酸素（O,両辺で２つ）は当てはまらない。

水素の数が両辺で合うように係数を入れる。このとき、両方が整数になるようにする。
NO_2 +1 H_2O ⇒ 2HNO_3 + NO

今度は片側で１つの物に注目する。この場合、窒素。
この窒素の係数が合うようにする。ただし、先ほど入れた二つの化合物の係数は固定。

3NO_2 +1 H_2O ⇒ 2HNO_3 + 1NO

残った酸素の数が両辺で合っているか確認。
合わなければ両辺の化合物が間違っているか、過不足がある。
（もし、係数が分数になるときは通分して全体を分母倍し整数に直す。）
係数１は書かないので清書は下記のようになる。

3NO_2 + H_2O ⇒ 2HNO_3 + NO

慣れると質問に使われた例だと、単なる係数を入れなさい的な問題だと初見でも数秒で出来ます。
語呂合わせで覚えるなら、化合物の順番も一緒にしないとだめですね。
歴史の年号みたいに。（出来事を無視して年号だけ覚えても意味がない）

お礼

お礼を申し上げるのが遅くなりすみません。
何に注目して検討するかで係数の付け方を理路整然と導入していく過程をお教えくださりありがとうございました。

あとはご指導にもございました通り、問題を見てから数秒で係数をわかるように慣れるまで書き込もうと存じます！
ありがとうございました。

回答No.1

f272

真面目に答えると，そんなに簡単には係数を決めることはできません。
xNO_2 + yH_2O ⇒ zHNO_3 + NO
というように係数をおいて(どれでもいいけど1つは必ず1にする。どれを1にしても最終的な結果は同じになります。)
Nについてx=z+1
Oについて2x+y=3z+1
Hについて2y=z
という3つの式を出します。これを解けばよいのです。
x=z+1を2x+y=3z+1に代入して2z+2+y=3z+1よりy+1=z
これと2y=zからy=1
したがって2y=zからz=2
そうするとx=z+1だからx=3
となって3NO_2 + H_2O ⇒ 2HNO_3 + NOがわかります。

適当に速くやるのなら
NO_2 + H_2O ⇒ HNO_3 + NO
でHの数をみて
NO_2 + H_2O ⇒ 2HNO_3 + NO
として，このときNの数を見て
3NO_2 + H_2O ⇒ 2HNO_3 + NO
としたら，Oの数はちゃんとあっているのでOK
でもいいのですが，最後のOがうまくいく保証はありません。しかしたまたまうまくいけば，それでOKなのです。

お礼

私もx,y,z,...とチャート式の絶対に解ける係数の方法をみて
連立を立てました。でもそれでは遅すぎて問題が解けなく大変悔しかったのでご指導の通り、水素をそろえてから計算をするという点が自分ではわかりませんでした。
いつもありがとうございます。