メタン（CH₄）の完全燃焼では、反応式を正しく立てたうえで、物質量や質量保存の考え方を使って生成物の質量を求めます。特に化学計算では、公式や関係式を明記し、文字式で整理してから数値を代入する流れを守ることが重要です。
この記事では、メタン3.2gが完全燃焼したときに生じる二酸化炭素と水の総質量を、指定された手順①〜⑤に沿った形で詳しく解説します。
メタンの完全燃焼の化学反応式を確認する
まず、メタン（CH₄）が酸素（O₂）と反応して二酸化炭素（CO₂）と水（H₂O）を生成する完全燃焼の反応式を書きます。
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O
この反応式から、メタン1molが燃焼すると、二酸化炭素1molと水2molが生成することが分かります。生成物の総質量を求めるためには、この物質量の比を利用します。
①公式・関係式を明記する
化学計算では、まず使用する関係式を示します。物質量と質量の関係は以下の式で表せます。
物質量（mol）＝質量（g）÷モル質量（g/mol）
また、反応式の係数比から、メタンと生成物の物質量の関係を利用します。
CH₄：CO₂：H₂O＝1：1：2
生成物の総質量は、二酸化炭素の質量と水の質量を足したものになります。
②文字式のまま変形する（求めたいもの＝の形）
メタンの質量をm（g）、メタンのモル質量をM(CH₄)、二酸化炭素のモル質量をM(CO₂)、水のモル質量をM(H₂O)とします。
メタンの物質量は、m÷M(CH₄)で表されます。
生成物の総質量＝メタンの物質量×{M(CO₂)+2×M(H₂O)}
したがって、求めたい形にすると以下になります。
生成物の総質量＝m÷M(CH₄)×{M(CO₂)+2×M(H₂O)}
③数値を物理量のまま代入する
それぞれの値を代入します。
メタンの質量：3.2g
CH₄のモル質量：16g/mol
CO₂のモル質量：44g/mol
H₂Oのモル質量：18g/mol
生成物の総質量＝3.2g÷16g/mol×{44g/mol+2×18g/mol}
この段階では、まだ計算せず、単位を含めた物理量として式を保ちます。
④計算する（1回のみ）
式をまとめて1回で計算します。
生成物の総質量＝3.2g÷16g/mol×{44g/mol+36g/mol}
生成物の総質量＝0.2mol×80g/mol
生成物の総質量＝16g
したがって、メタン3.2gが完全燃焼すると、二酸化炭素と水を合わせた生成物の総質量は16gになります。
⑤数値処理を行う（有効数字）
最後に有効数字を確認します。問題で与えられているメタンの質量は3.2gで、有効数字は2桁です。
計算結果16gも有効数字2桁で表されているため、そのまま16gとなります。
なお、途中計算で過度に数字を丸めると誤差が大きくなるため、有効数字の処理は最後に行うことが基本です。
質量保存の法則から考える別の確認方法
化学反応では、反応前後で原子の種類と数は変化しません。そのため、反応物の総質量と生成物の総質量は等しくなります。
今回の場合、メタン3.2gと、それに必要な酸素12.8gが反応します。
CH₄ 3.2g + O₂ 12.8g＝生成物16g
となり、質量保存の法則からも同じ答えになることを確認できます。
まとめ｜化学計算は式の流れを守ることが大切
メタン3.2gの完全燃焼では、化学反応式から物質量の比を読み取り、モル質量を使って生成物の質量を求めます。
指定された手順に従う場合は、①公式・関係式を書く、②文字式で整理する、③数値を代入する、④一度で計算する、⑤最後に有効数字を処理する、という流れを守ることが重要です。
この手順を身につけると、メタン以外の燃焼計算や化学反応式を利用した質量計算にも応用できます。
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