化学変化と原子・分子 - 反応式・質量保存・酸化と還元
化学変化と原子・分子の分野では、原子・分子のモデル、化学式、化学反応式、化合と分解、酸化と還元、反応に伴う熱を理解しているかが問われる。反応の前後で原子の種類と数が変わらないことが、質量保存や反応式の基礎になる。
原子・分子と化学式
物質は原子という小さな粒子からできており、原子の種類は元素記号で表す。分子は原子が結び付いた粒子で、化学式は物質を構成する原子の種類と数を表す。水はH₂O、二酸化炭素はCO₂、酸素はO₂のように、分子をつくる物質では同じ元素でもOとO₂を区別する。化学反応では原子の組み合わせが変わるが、原子そのものは消えたり新しく生じたりしない。
化学反応式と質量保存
化学反応式は、反応前後の原子の数をそろえて書く。係数は分子の数の比を表し、小さい数字の添字とは意味が違う。密閉した容器内では反応前後の質量は等しい。一方、開放系で気体が発生して逃げると、見かけの質量は減る。化合は複数の物質から1つの物質ができる反応、分解は1つの物質から複数の物質ができる反応である。酸化は物質が酸素と化合すること、還元は酸化物から酸素を奪うことで、両者は同時に起こる。反応には熱を放出する発熱反応と、周囲から熱を奪う吸熱反応がある。
例題
銅0.64gを完全に酸化すると、酸化銅は何gできるか。化学反応式は2Cu+O₂→2CuOで、銅と酸素は質量比64:16=4:1で反応する。0.64gの銅に必要な酸素は0.16gなので、生成する酸化銅は0.64+0.16=0.80g。反応式の係数から、銅原子2個と酸素分子1個が酸化銅2個になることも確認する。
失点しやすい点
反応式の係数を忘れたり、H₂OをHO₂と書いたりする誤りが多い。質量保存は「密閉系」で成り立つことを意識する。酸化を燃焼だけと限らず、還元を「酸素を奪う」と説明する。気体の性質では、酸素はものを燃やす働き、二酸化炭素は石灰水を白く濁らせる、水素は燃えると水になる、と区別する。