５−３ 化学反応式の係数の意味
５−３−１ 化学反応式の係数の意味
単体の水素と窒素は２原子分子です。またアンモニア分子は水素原子３個と素原子１個からできています。水素と窒素からアンモニアが生成する変化を構造式で示すと、反応の前後で各原子の数は変わりませんから、次のようになります。
H-H H-N-H H-N-H
H-H + N≡N → ｜ ｜
H-H H H
水素３分子と窒素１分子が反応して、アンモニア２分子が生成します。この変化を普通次のように書きます。
3H2 + N2 → 2NH3
各分子の前の数を係数といいます。係数が１のときは記入しない。
意味１このように係数は分子数を表します。
仮に水素分子が150個あったとします。過不足なく反応する窒素分子の数は50個で、生成するアンモニアの数は100個になります。
各分子数の比を考えると
水素：窒素：アンモニア＝150：50：100＝３：１：２
意味２ 係数は分子数比を表します。
次に水素分子が6.02×1023×3個あると反応・生成する窒素とアンモニアの数は、6.02×1023個と6.02×1023×2個となります。
原子や分子が6.02×1023個あるときその量をまとめて1molといいます。
つまり水素3molと窒素1molが反応するとアンモニアが2mol生成することになります。
意味３ 係数は物質量(モル数)を表します。
気体1molは標準状態(0℃,1atm)で物質の種類に関係なく22.4l です。
したがって体積比は
水素：窒素：アンモニア＝22.4×3：22.4：22.4×2＝３：１：２
意味４ 気体の場合係数は体積比を表します。
各原子の原子量はH=1,N=14です。物質1molの質量は分子量gですから水素3molは2×3g、窒素1molは28g、アンモニア2molは17×2gの割合で反応します。
まとめると水素6gと窒素28gが反応して、アンモニア34gが生成します。
意味５ 係数から反応物質・生成物質の質量関係が求められます。