化学反応式の係数の合わせ方

ルール

反応で原子が生まれたり消えたりすることはないので、どの元素も両辺で同じ数だけ現れなければなりません。係数を合わせるときは各化学式の前の係数を変えます。化学式の中の小さな数字を変えると別の物質になってしまうので、そこは変えません。

例: プロパンの燃焼

C₃H₈ + O₂ → CO₂ + H₂Oから始めます。

1. 炭素: 左辺に3個あるので、CO₂の前に3を付けます。
2. 水素: 左辺に8個あるので、H₂Oの前に4を付けます。
3. 酸素は最後: 右辺は3 × 2 + 4 = 10個になったので、左辺にはO₂が5個必要です。

答えはC₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂Oです。各辺で1つの化合物にしか出てこない元素から先に合わせ、O₂のような単体で出てくる元素は最後に回します。

コツ

• 分数になったら、すべての係数に同じ数を掛けて整数にします。
• SO₄のような多原子イオンが両辺でそのまま出てくるなら、ひとまとまりとして扱います。
• イオン反応式では、電荷の合計も両辺で等しくなければなりません。

すぐに確かめる

化学反応式の係数合わせは、電荷を含む反応式も、最小の整数の係数で合わせます。係数から物質量の比がわかるので、期待される生成物の量を計算でき、収率の計算で実際に得られた量と比べられます。

もう2つの例

塩酸とアルミニウム: Al + HCl → AlCl₃ + H₂。

• 塩素は右辺で3個ずつ、左辺で1個ずつなので、共通の倍数を探します。6 HClで6個のClになり、2 AlCl₃に足ります。
• そのため左辺はAlが2個になり、6個のHは3 H₂になります。
• 結果: 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂。

鉄がさびる反応: Fe + O₂ → Fe₂O₃。Fe₂O₃を2つにすると酸素原子が6個、つまり3 O₂で、鉄は4個です。4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃。

係数からグラムへ

係数は物質量の比で、質量の比ではありません。プロパン44 g、つまり1 molを燃やすには酸素が5 mol必要で、5 × 32 = 160 gです。生じる二酸化炭素は3 × 44 = 132 gです。全体の質量は保存されます。44 + 160 = 132 + 水72 gです。

よくある間違い

• 右下の数字を変えてしまう。H₂OをH₂O₂にすれば酸素の数は合いますが、水が過酸化水素に変わります。変えられるのは係数だけです。
• 分数のままにする。C₂H₆ + 3.5O₂も釣り合ってはいますが、普通は書きません。全体を2倍します。2C₂H₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O。
• 酸素から合わせ始める。酸素は複数の化合物に出てくることが多いです。いちばん多くの場所に出てくる元素は最後に回してください。
• 水和物の水を忘れる。CuSO₄·5H₂Oは水を5つ余分に持ち、その辺の原子数に数えます。