この実験について
水素分子と酸素分子の数を選び、1回分ずつ反応させます。1回の反応で水素分子2個と酸素分子1個が消費され、水分子2個が生成されます。消費された分子は背景に溶け込み、生成物が現れるため、余った粒子を隠すことなく、過剰な反応物と理論収量を確認できます。
学習目標
- 係数をそろえた化学反応式を使って限量反応物を特定する
- 理論上の生成物の数と余る反応物を予測する
- 分子の数ではなく、原子が保存されることを確認する
- 限界反応物と過剰反応物の違いを説明しなさい。
使い方
- 1水素分子12個と酸素分子8個があるとき、反応させる前に、どちらの反応物が収量を制限するか予測してください。
- 2反応を1回進め、各反応物の減少数と水の増加数を数えます。
- 3可能な反応をすべて行い、生成した水の量を理論収量と比較します。
- 4比がぴったり合うプリセットを試し、次に13個など奇数個の水素分子を試してください。水素が余る理由を説明してください。
- 5水素分子6個と酸素分子10個を用意しなさい。生成する水と残る反応物を予測し、その後、すべてを反応させて確認しなさい。
モデル
前提条件
- 粒子数は整数です。1回の完全な反応バッチには、H2分子がちょうど2個、O2分子が1個必要です。
- 利用可能な完全な反応バッチはすべて、モデル上の収率100%で反応します。副反応、平衡、活性化エネルギー、実際の反応速度は考慮していません。
- アニメーションの長さは学習用に設定されており、化学反応の速度を表すものではありません。分子の図は模式図であり、結合角も正確なものではありません。
- このモデルで数えるのは分子と原子であり、測定された気体の体積や試料の質量ではありません。係数は、別途モル比として解釈できます。
授業で試してみましょう
- Q1水素が限定反応物なのに、なぜ酸素が残ることがあるのですか？
- Q2水素分子13個と酸素分子8個の場合、理論上の水の生成量が13個ではなく12個なのはなぜですか？
- Q3完全な反応バッチ1回の前後で、水素原子と酸素原子はそれぞれ何個ありますか？
- Q4自動車のエンジンでは、燃料と酸素のどちらの反応物が通常過剰になりますか？反対の場合には何が起こりますか？
- Q5反応をモル単位に拡大して考えなさい。H₂ 4 molがO₂ 3 molと反応するとき、水は何mol生成し、何が残りますか？
よくある質問
物質は保存されるのに、なぜ分子の数は変わるのですか？
原子は組み替えられて、異なる分子になります。1つの反応バッチは3つの分子から始まり、2つで終わりますが、水素原子4個と酸素原子2個はそのまま含まれています。
理論収量と実収量の違いは何ですか？
理論収量とは、与えられた反応物と化学反応式から得られる最大量です。実際に測定される収量は、それより少なくなることがあります。このモデルでは、反応可能な完全なバッチがすべて正常に反応すると仮定します。
分子数が少ない反応物は、常に限界反応物ですか？
いいえ。つり合った化学反応式の係数と物質量を比較しなければなりません。ここでは、水素分子の数が酸素分子の数の2倍未満であれば、全体として水素分子のほうが多くても、水素が先に不足します。