水酸化カルシウムと水素の生成: 発生する水素の体積を計算する方法

水酸化カルシウムと水素が生成される反応は、化学実験でよく見られる現象です。質問の中で、カルシウム4.0gと水7.2gを反応させた際に発生する水素の体積を求める問題があります。ここでは、この問題の解説を行い、標準状態で発生する水素の体積が2.2Lになる理由を説明します。

反応式の確認

まず、カルシウム（Ca）と水（H₂O）の反応式を確認しましょう。カルシウムが水と反応すると、水酸化カルシウム（Ca(OH)₂）と水素（H₂）が生成されます。反応式は次の通りです。

Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂

この反応式から、1モルのカルシウムが反応すると、1モルの水素が発生することがわかります。

次に、カルシウム4.0gのモル数を計算します。カルシウムのモル質量は40.08g/molです。したがって、カルシウム4.0gは次のように計算できます。

モル数 = 4.0g / 40.08g/mol ≈ 0.0997mol

カルシウム4.0gは約0.0997モルです。

反応式から、1モルのカルシウムが1モルの水素を発生させることがわかります。したがって、カルシウム0.0997モルから発生する水素のモル数も0.0997モルとなります。

標準状態（0℃、1気圧）における1モルの気体の体積は22.4Lです。これを利用して、発生する水素の体積を計算します。

体積 = 0.0997mol × 22.4L/mol ≈ 2.2L

したがって、発生する水素の体積は2.2Lです。

カルシウム4.0gと水7.2gを反応させると、標準状態で約2.2Lの水素が発生します。この計算は、カルシウムのモル質量を用いてモル数を求め、反応式に基づいて水素の体積を算出した結果です。化学反応におけるモル数と体積の関係を理解することで、他の同様の問題にも対応できるようになります。