composition-formula

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成分元素の検出}} \\[.5zh] 元素検出法 炭素\ \ce{C}}}}CuO}\,(酸化剤)\,を加えて完全燃焼}}させると,\ CO2}}}\,として発生する. \\ 石灰水が白濁}}すると,\ \ce{C}の存在が確定する. \\ \hline {水素\ \ce{H}}}} CuO}\,(酸化剤)\,を加えて完全燃焼}}させると,\H2O}}}\,として発生する. \\ CuSO4} (白色)}が\textbf{\textcolor{blue}{\ce{CuSO4.H2O} (青色)}}に変化すると,\ \ce{H}の存在が確定する. \\ \hline {窒素\ \ce{N}}}} ソーダ石灰(\ce{CaO + NaOH})}}を加えて加熱すると,\ \NH3}}}として発生する. \\ 濃塩酸と反応して白煙}}が生じると,\ \ce{N}の存在が確定する. \\ \hline 硫黄\ \ce{S}Na}}}を加えて加熱すると,\ \textbf{\ce{Na2S}\ce{S^2-}})}が生じる. \\ 酢酸鉛水溶液}}を加えて\textbf{\textcolor{red}{黒色沈殿\ce{PbS}}}を生成すると,\ \ce{S}の存在が確定する. \\ \hline 塩素\ \ce{Cl}{銅線}}につけて燃焼させると\,CuCl2}}}が生じる. \\ 炎色反応で青緑色}}になると,\ \ce{Cl}の存在が確定する. \\ 炭素と水素の元素分析}} \\[1zh]   酸化剤)}}} 塩化カルシウムで\ce{H2O}を吸収}}させ,\ 次に\ソーダ石灰で\ce{CO2}\,を吸収}}する. \\  ソーダ石灰は\ce{CO2}\,も\ce{H2O}\,も吸収する}}ため, 順番を逆にすると区別できなくなる. \\[.5zh]  {酸化銅(I\hspace{-.1em}I)}}の役割:\textbf{\textcolor{red}{不完全燃焼でできた\ce{CO}を\ce{CO2}にする}(酸化剤).}組成式の決定}} ($\ce{C}=12,\ \ce{H}=1,\ \ce{O}=16$) \\[1zh]   \rei\ \ \ce{C},\ \ce{H},\ \ce{O}からなる化合物60\,[g]を完全燃焼させて,\ \ce{CO2}\,88\,[g]と\ce{H2O}\,36\,[g]を得た. \\[.5zh]     [1]\ \ \textbf{\textcolor{red}{各元素の質量}}を求める. \\[.5zh]     C}の質量}=\textcolor{red}{88 \times \bunsuu{\ce{C}}{\ce{CO2}}}=88 \times \bunsuu{12}{44}=\textcolor{green}{24}\ \text{[g]} \\[1.3zh] \textcolor{cyan}{\ce{H}の質量}=\textcolor{red}{36 \times \bunsuu{2\ce{H}}{\ce{H2O}}}=36 \times \bunsuu{2}{18}=\textcolor{cyan}{4}\ \text{[g]} \\[.8zh] \textcolor{magenta}{\ce{O}の質量}=60-(\textcolor{green}{24}+\textcolor{cyan}{4})=\textcolor{magenta}{32}\ \text{[g]} 各元素の物質量(mol)比}}を求める. \\[.5zh]       $\ce{C}\ [\text{mol}]:\ce{H}\ [\text{mol}]:\ce{O}\ [\text{mol}]=\bunsuu{\textcolor{green}{24}\ \text{[g]}}{\textcolor{purple}{12}\ \text{[g/mol]}}:\bunsuu{\textcolor{cyan}{4}\ \text{[g]}}{\textcolor{purple}{1}\ \text{[g/mol]}}:\bunsuu{\textcolor{magenta}{32}\ \text{[g]}}{\textcolor{purple}{16}\ \text{[g/mol]}}$ \\[.5zh]               1:2:1}}   \rei\ \ \ce{C},\ \ce{H},\ \ce{O}からなる化合物の元素の割合は,\ \ce{C}が71.1\%,\ \ce{H}が5.2\%\,(質量\%)であった. \\[.5zh]  組成式C8H7O2}} 組成式の決定は,\ 有機化学分野の最重要事項である. \\[.2zh] \bm{「組成式の決定\ →\ 分子式の決定\ →\ 構造式の決定」}が有機化学の問題の基本的な流れである. \\[.2zh] 組成式の決定を間違えることは,\ 大問1つの全滅を意味するのである. \\[1zh] 組成式は,\ \bm{有機化合物を構成する原子の個数の最も簡単な比}である. \\[.2zh] 原子の個数の比は,\ \bm{原子の物質量(\text{\textbf{mol}})の比}と等しいから,\ これを求めればよい. \\[.2zh] 組成式を決定する問題は大きく2パターン存在し,\ 1例目のほうが面倒だが基本である. \\[1zh] 有機化合物を完全燃焼させたときの反応式は \ce{C_mH_nO_p + O2 m\,\ce{CO2}+\bunsuu n2\,\ce{H2O} \\[.2zh] 有機化合物中の\ce{C}原子と\ce{H}原子はそれぞれ,\ すべて\ce{CO2}\,と\ce{H2O}\,になる. \\[.2zh] よって,\ \bm{発生した\ce{CO2}\,と\ce{H2O}\,の質量から元の有機化合物中の\ce{C}と\ce{H}の質量を逆算できる.} \\[.2zh] \ce{C}の原子量:\ce{CO2}\,の分子量=12:44=x:88\ より,\ \ce{C}の質量が24\,\text{[g]}\,であったとわかる. \\[.2zh] \ce{H}の質量も同様にして求められる. \\[.2zh] しかし,\ \ce{O}の質量を\ce{CO2}\,と\ce{H2O}\,から\ 88\times\bunsuu{32}{44}+36\times\bunsuu{16}{18}\,などとして求めることはできない. \\[.2zh] \ce{CO2}\,と\ce{H2O}\,の\ce{O}は,\ \bm{試料以外に外部から加えた\ce{O2}\,や\ce{CuO}に由来するものを含む}からである. \\[.2zh] 結局,\ \ce{O}の質量は,\ 試料の質量から\ce{C}と\ce{H}の質量を引いて求めることになる. \\[.2zh] 各元素の質量が求まれば,\ 後は物質量(\text{mol})比を求めるだけである. \\[1zh] 2例目は,\ \bm{質量パーセントで元素組成}が与えられるパターンであり,\ こちらのほうが楽である. \\[.2zh] 求めるのはあくまで比であるから,\ 統一さえされていれば基準は自由である. \\[.2zh] よって,\ \bm{試料を100\text{\textbf{[g]}}と仮定}して考えればよい. \\[.2zh] すると,\ \bm{質量パーセントの値がそのまま各元素の質量の値}となり,\ 後は1例目と同様である. \\[1zh] さて,\ 実際に計算してみると,\ いつもきれいな整数比になるとは限らない. \\[.2zh] この場合,\ \bm{小数第2位くらいまでを考え,\ 最も小さい値を一旦1にする}とよい. \\[.2zh] 2例目では,\ 全体を最小の1.48で割って1.48を1にした後,\ 3.5を整数にするために2倍した.