答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　元の問題へ　　


問1の答

　共有結合性化合物は一般にポリマーを除いて小さな分子から成り立ち, その分子式は 1個の分子中に存在する原子の各々の実際の数を与える。


　その分子式は実験式の整数倍である。例として, エテンの実験式は, 種々の分析法によって決定されるように, CH₂ である。実験式はひとつの分子中に存在する原子の最も簡単な整数比で表わされる。

　実験データはエテンのモル質量が 28.0 g/mol であることを示している。この値は, その分子式に対応しており, 実験式での値 14 g/mol の2倍であり, それ故, エテンの分子式は (2×CH₂) = C₂H₄ である。そこで, エテンの各分子は2つの炭素原子と4つの水素原子を含む。

　イオン化合物の式は実験式である。イオン化合物は分離した分子として存在しないが, しかしイオンから成る巨大な格子で存在している。


Answer of Q1

　Covalent compound generally consists of small molecule except polymer, the molecular formula of which gives the actual numbers of each of the atoms present in one molecule.


　The molecular formula is a whole-number multiple of the empirical formula. For example, the empirical formula of ethene is CH₂, as determined by various methods of analysis. The empirical formula is represented the simplest whole-number ratio of the atoms present in one molecule.

　Experimental data show that molar mass of ethene is 28.0 g/mol. This value, which corresponds to the molecular formula, is twice the value for the empirical formula, 14 g/mol, and the molecular formula of ethene is therefore (2×CH₂) = C₂H₄. So, each molecule of ethene contains two atoms of carbon and four atoms of hydrogen.

　The formula of an ionic compound is an empirical formula. Ionic compounds do not exist as separate molecules but giant lattices consisting ions.


問2の答　　　　　　　　47 g/mol (有効数字2桁)


　理想気体のモル体積は標準の温度と圧力 (273 K, 101 kPa) で 22.4 dm³/mol である。そこで, 気体定数 R は 8.31 Pa m³ K^-1 mol^-1 となる。

　蒸発された A の気体は 373 K 101 kPa で 85.0 cm³ の体積が占められる。そこで, A の相対分子量を計算するとき, 理想気体の式 PV = nRT を使用する。そしてつぎのかたに書く ：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　n = PV/RT

　上のPV/RT に次の値を代入しガスAの物質量 n を計算すると,

　P = 101 kPa = 101×10³ Pa
　V = 85.0 cm³ = 85.0×10^-6 m³
　R = 8.31 Pa m³ K^-1 mol^-1
　T = 373 K

　そこで,

　　　　　　　n = {(101×10³ Pa)×(85.0×10^-6 m³)}/{(8.31 Pa m³ K^-1 mol^-1)×(373 K)} = 2.77×10^-3 mol

　が得られる。

　ガスAの物質量, 2.77×10^-3 mol, は 0.130 g である。したがって, Aの相対分子量 M は次のように計算される ：

　　　　　　　　　　　　　　　M = (0.130 g)/(2.77×10^-3 mol) = 47 g/mol (有効数字2桁)


Answer of Q2　　　　　　47 g/mol (2 sig. figs)


　The molar volume of an ideal gas at standard temperature and pressure (273 K, 101 Pa) is 22.4 dm³/mol. So, the gas constant becomes 8.31 Pa m³ K^-1 mol^-1.

　The gas of A vaporized was occupied a volume of 85.0 cm³ at 373 K and 101 kPa. So, on calculating the relative molecular mass of A, use the ideal gas equation, PV = nRT. Write the equation in the form ：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　n = PV/RT

　Substitute the following values for PV/RT above to calculate the amount in moles of the gas A, n,

　P = 101 kPa = 101×10³ Pa
　V = 85.0 cm³ = 85.0×10^-6 m³
　R = 8.31 Pa m³ K^-1 mol^-1
　T = 373 K

　So we get

　　　　　　　n = {(101×10³ Pa)×(85.0×10^-6 m³)}/{(8.31 Pa m³ K^-1 mol^-1)×(373 K)} = 2.77×10^-3 mol

　The amount in moles of the gas A, 2.77×10^-3 mol, is 0.130 g. Accordingly, the relative molecular mass of A, M, is calculated as follows ：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　M = (0.130 g)/(2.77×10^-3 mol) = 47 g/mol (2 sig. figs)


問3

　i　の答　　　　　　　C₂H₆O


　問3の中の百分率(％)を A 中の原子の質量(g)として考慮し, H=1.00 g/mol, O=16.0 g/mol, および C=12.0 g/mol を使用すると

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　C の物質量 = (52.2 g)/(12.0 g/mol) = 4.35 mol

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　H の物質量 = (13.0 g)/(1.00 g/mol) = 13.0 mol

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　O の物質量 = (34.8 g)/(16.0 g/mol) = 2.175 mol

　その最も小さい値は酸素の物質量 (2.175 mol) である。その最も小さい値で原子の物質量の各々を割ることによって各元素の原子数比をみつけると,

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　C = (4.35 mol)/(2.175 mol) = 2.00,

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　H = (13.0 mol)/(2.175 mol) = 5.98 ≒ 6.00,

　および

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　O = (2.175 mol)/(2.175 mol) = 1.00.

　そこで,

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　C ： H ： O = 2 ： 6 ： 1

　を得る。

　ゆえに A の実験式は

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　C₂H₆O


Q3

　Answer of i　　　　　　　　C₂H₆O


　We have, considering the percentages (%) in Q3 as the masses (g) of atoms in A, and using H=1.00 g/mol, O=16.0 g/mol, and C=12.0 g/mol,

　　　　　　　　　　　　　　amount in moles of C = (52.2 g)/(12.0 g/mol) = 4.35 mol

　　　　　　　　　　　　　　amount in moles of H = (13.0 g)/(1.00 g/mol) = 13.0 mol

　　　　　　　　　　　　　　amount in moles of O = (34.8 g)/(16.0 g/mol) = 2.175 mol

　The smallest value is the amount in moles of O (2.175 mol). Find the ratio of the number of atoms of each element by dividing each of the amount in moles of atoms by the smallest value, and so

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　C = (4.35 mol)/(2.175 mol) = 2.00,

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　H = (13.0 mol)/(2.175 mol) = 5.98 ≒ 6.00,

　and

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　O = (2.175 mol)/(2.175 mol) = 1.00.

　So, we get

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　C ： H ： O = 2 ： 6 ： 1

　The empirical formula of A is therefore

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　C₂H₆O


　ii　の答

　問2の答の値 47.0 g/mol は分子式上の全ての原子の原子量の総和値に対応している。いま, それは実験式での値に等しい。そこで, A の分子式は C₂H₆O である。

　C₂H₆O の短くした構造式は次のように示される ：

　　　　　　　　　　　　　　　 　　(a) CH₃CH₂OH　　　　　　(b) CH₃OCH₃

　化合物 (a) はエタノール, (b) はプロパノン(またはアセトン)と呼ばれる。エタノールは容易に水に溶けるがプロパノンは不溶である。

　(a)と(b)のような化合物は構造異性体で, 同じ分子式を分かち合うが異なった構造式をもつ。


　Answer of ii　

　The value of the answer of Q2, 47.0 g/mol, corresponds to that for the total of atomic weights of all atoms on the molecular formula. Naw, it is equal to the value for the empirical formula. So, the molecular formula of A is C₂H₆O.

　The shortened structural formulas of C₂H₆O are shown as follows ：

　　　　　　　　　　　　　　　 　　(a) CH₃CH₂OH　　　　　　(b) CH₃OCH₃

　The compound, (a), is called ethanol, and (b) propanone (or acetone). Ethanol is easily soluble in water but propanone insoluble.

　The compounds such as (a) and (b) are structural isomers which share the same molecular formula but have different structural formula.