化学の言語 — モル

The Mole Concept

原子は小さすぎて1個ずつ数えられないので、6.022×10²³個を1モルというまとまりで扱います。モル数は粒子数、質量、標準状態の気体体積とつながっています。原子量にgを付ければ1モルの質量になり、STPでは気体1モルは22.4 Lです。このページではモル数と元素を変え、粒子数·質量·体積のモル三角形を調べます。

直感導入 — なぜ'モル'という単位が必要か?

💡 例え:鉛筆1ダース、紙1連

①鉛筆12本を'1ダース'と呼ぶように

②紙500枚を'1連'と呼ぶように

③原子6.022×10²³個を'1モル'と呼ぶ

④原子は小さすぎて1個ずつ数えるのは不可能 — まとめ単位が必要

⑤1 molの水 = 18 mL(約大さじ1!) — 巨視と微視を繋ぐ橋

アボガドロ数とモル

モル数 n1 mol

モルと粒子数

n = NN_A

n:モル数、N:粒子数、N_A = 6.022×10²³ /mol

🔍 N_Aはどれほど大きい?

①6.022×10²³個の米粒 = 地球全体を約1 km厚で覆う量

②毎秒1億個ずつ数えても約190億年

③この膨大な数を'1 mol'という1単位で扱う

④化学の反応比 = 個数比 = モル比

モル質量 — 原子量との関係

元素選択 (H, C, O, Fe)1

モルと質量

n = mM

m:質量[g]、M:モル質量[g/mol]

モルと気体体積

V = n × 22.4 L (0°C, 1 atm)

STPでの1 mol気体の体積 = 22.4 L

💡 モル質量の核心ルール

①原子量12の炭素 → 1 mol = 12 g

②原子量16の酸素 → 1 mol = 16 g

③規則:'原子量にgを付ければ1 molの質量'

④水(H₂O)分子量 = 1×2 + 16 = 18 → 1 mol = 18 g

モルの3つのつながり

粒子数 → モル

n = NN_A

N_A = 6.022×10²³

質量 → モル

n = mM

M = モル質量 [g/mol]

気体体積 → モル(STP)

n = V22.4

V:標準状態の体積[L]

実際に解いてみる

例題 1

水(H₂O) 36 g は何 mol か?(原子量 H=1, O=16)

まず水のモル質量を求める。

M(H₂O) = 2×1 + 16 = 18 g/mol

質量をモル質量で割る。

n = 36 g ÷ 18 g/mol = 2 mol

▸ 2 mol

モル質量の数値は分子量と同じで、単位が g/mol になるだけ。

例題 2

標準状態(0°C, 1 atm)で酸素(O₂) 2 mol の体積と分子数を求めよ。

標準状態で気体 1 mol の体積は 22.4 L。

V = 2 × 22.4 = 44.8 L

分子数はモル数に N_A を掛ける。

N = 2 × 6.02×10²³ = 1.204×10²⁴個

▸ 体積 44.8 L, 分子数 1.204×10²⁴個

モル一つで体積と粒子数を同時に求められる。

総まとめ

2023 評価院模試化学Ⅰ 類題

標準状態で二酸化炭素(CO₂) 8.8 g の体積は?(C=12, O=16)

①2.24 L

②4.48 L

③11.2 L

④22.4 L

⑤44.8 L

▸ ② 4.48 L

M(CO₂)=12 + 2×16 = 44 g/mol なので n = 8.8 ÷ 44 = 0.2 mol。

標準状態なので体積はモル数に 22.4 L を掛ける。

V = 0.2 × 22.4 = 4.48 L

🎯 試験ポイント

①モルの3変換:粒子数(÷N_A)、質量(÷M)、気体体積(÷22.4)

②N_A = 6.022×10²³ — 必須暗記

③原子量·分子量 = モル質量の数値(単位はg/mol)

④STP(0°C, 1 atm)で1 mol気体 = 22.4 L

⑤入試で毎年出題 — 三角関係をしっかり!