問1
★
分子量
アンモニア NH₃ の分子量はいくつか。原子量は H = 1.0、N = 14 とする。
答えを見る
答え17
分子量 = 原子量の合計 = 14 + 1.0 × 3。
高校化学基礎
Unit 06 ・ 単元4「物質量と化学反応式」1/3ページ
物質量（mol）
原子1個はあまりに小さく数えられない。だから6.02×10²³ 個をひとまとめにした「mol」という単位で扱う。
原子量・分子量から物質量、質量、体積への変換を、はじめての人から難関大志望者まで使えるレベルで整理しよう。
⚖️ 原子量・分子量・式量🔢 アボガドロ定数💨 モル質量・モル体積
0
単元マップ:物質量と化学反応式
この単元は3ページに分かれている。まず原子量からmol(このページ)を学び、次にmolを使って化学反応式の量的関係を計算し、最後に溶液の濃度にmolを応用する、という流れで理解しやすい。
図0:単元4は3つのページ(物質量mol・化学反応式と量的関係・溶液の濃度)で構成される。緑と紫のボックスをクリックすると次のページへ進める。
1
原子量・分子量・式量
原子1個の重さは、グラムで表すととんでもなく小さい数字になってしまい扱いにくい。そこで化学では、炭素原子を基準にした「相対的な重さ」である原子量を使う。分子や、NaClのようなイオンでできた物質についても、同じ考え方で「分子量」「式量」という重さの目安がある。
原子量は¹²C(炭素12)の質量を12と定めたときの、各原子の相対的な質量。分子量は分子を構成する原子の原子量の総和、式量はイオン結晶・金属など分子を作らない物質の組成式に含まれる原子量の総和。
⚖️ 原子量→分子量・式量の計算例
| 物質 | 種類 | 計算 | 値 |
|---|---|---|---|
| H₂O(水) | 分子量 | H(1.0)×2 + O(16.0)×1 | 18.0 |
| CO₂(二酸化炭素) | 分子量 | C(12.0)×1 + O(16.0)×2 | 44.0 |
| NaCl(塩化ナトリウム) | 式量 | Na(23.0)×1 + Cl(35.5)×1 | 58.5 |
| CaCO₃(炭酸カルシウム) | 式量 | Ca(40.0) + C(12.0) + O(16.0)×3 | 100.0 |
原子量は元素ごとに決まった概数値(H=1.0, C=12.0, O=16.0, Na=23.0, Cl=35.5, Ca=40.0 など)を用いる。
❌ よくある誤解
誤:原子量・分子量・式量には単位(gなど)が付く
正:原子量・分子量・式量は¹²C=12を基準にした相対値であり、単位のない無次元の数値である
「水の分子量は18」であって「18g」ではない。質量の単位が付くのは、次のトピックで学ぶ「モル質量[g/mol]」になってから。
誤:NaClにも「分子量」がある
正:NaClはイオン結晶で分子を作らないため「分子量」ではなく「式量」と呼ぶのが正確
単元3で学んだ通り、イオン結晶には「分子」という単位が存在しない。組成式(NaClなど)をもとにした重さの目安なので「式量」と呼ぶ。日常的には混同されることもあるが、正式には区別する。
💡 なぜ炭素12を基準にするのか?
原子量の基準は元々さまざまな案があったが、炭素は化合物を作りやすく分離・精製しやすいこと、同位体の存在比が安定していることなどから、国際的に¹²Cの質量をちょうど12と定める基準が採用された。これにより、他のすべての原子の相対質量が一つの基準で統一的に決まる。
単元2で学んだ通り、実際の原子量は天然に存在する同位体の存在比を加味した加重平均値である。そのため周期表に載っている精密な原子量(例:塩素35.45)と、高校化学の計算で使う概数値(塩素35.5)は微妙に異なる。計算問題では通常、概数値を使ってよいが、精密な値が与えられた場合はその値を使う。大学範囲(精密値の利用)
🎯 入試での問われ方
原子量・分子量・式量から化合物の組成(質量パーセントなど)を求める計算は基礎的だが頻出。分子量・式量の使い分け(分子を作るかどうか)を問う正誤問題も見られる。
2
mol(物質量)の概念
「1ダース=12個」「1束=100枚」のように、ものをまとめて数える単位がある。原子や分子は1個1個があまりに小さいので、化学では「6.02×10²³個」という途方もない数をひとまとめにして1 mol(モル)と呼ぶ。この基準になる数をアボガドロ定数という。
1 molの水(H₂O)は水分子6.02×10²³個分で、重さにするとちょうど18 g、というように、molを使うと「個数」「重さ」「(気体なら)体積」をスムーズに行き来できる。
原子・分子・イオンは非常に小さく、1個ずつ数えることは不可能。そこで6.02×10²³個をまとめて1 mol(モル)という単位で扱う。この数をアボガドロ定数 NAという。
FORMULA — 物質量・粒子数・アボガドロ定数
n [mol] = N / NA NA = 6.02 × 10²³ /mol
n: 物質量[mol] N: 粒子の個数 NA: アボガドロ定数
図1:物質量 n を中心にした変換図。中心から外へ「× 変換係数」、外から中心へ「÷ 変換係数」。
❌ よくある誤解
誤:molは特定の物質だけに使える単位だ
正:molは原子・分子・イオン・電子など、あらゆる粒子の個数を数えるのに使える汎用的な単位である
「水素原子1 mol」「電子2 mol」のように、対象がどんな粒子であっても6.02×10²³個を1 molとして数える。
誤:1 molの重さはどんな物質でも同じだ
正:1 molあたりの重さ(モル質量)は物質によって異なり、その物質の分子量・式量の数値に[g/mol]という単位が付いたものになる
1 molの水は18 g、1 molのNaClは58.5 g。「個数」は同じ(6.02×10²³個)でも「重さ」は物質ごとに違う。
💡 なぜ6.02×10²³という中途半端な数がアボガドロ定数に選ばれたのか?
中途半端に見えるが、これは「¹²C原子12 gに含まれる原子の個数」という実測に基づいて決まった数(2019年以降は定義値として固定)。この数を基準に選んだからこそ、原子量の数値をそのまま「g/mol」に読み替えるだけでモル質量が求まる、という使い勝手のよい関係が成り立っている。
2019年のSI(国際単位系)改定により、アボガドロ定数は実測値ではなく6.02214076×10²³ /molという正確な定義値になった。これに伴い、molの定義も「¹²C 12 gに含まれる原子の数」という物質依存の定義から、アボガドロ定数を固定値とする定義に変更された。高校化学では引き続き6.02×10²³という概数値を使えばよい。大学範囲・SI単位系の定義
🎯 入試での問われ方
「原子量」「分子量」「式量」「物質量」「モル質量」の5つの用語の意味の違いを説明させる問題は基本だが頻出。用語の混同を防ぐため、それぞれ「単位があるかないか」を意識して整理しておくとよい。
3
モル質量とモル体積
面白いことに、種類の違う気体でも、同じ温度・圧力条件なら1 molあたりの体積はどれも同じになる。水素1 molも、二酸化炭素1 molも、0℃・1気圧では同じ22.4 Lを占める。粒子の種類によらず「molという個数」で体積が決まるという、直感に反する面白い性質だ。
モル質量 M[g/mol]は、物質1 molあたりの質量。原子量・分子量・式量の数値がそのままモル質量[g/mol]になる。標準状態(0℃・1気圧)の気体は、種類によらず1 molで22.4 Lを占める(モル体積)。
FORMULA — 質量・体積からのmol計算
n = m / M n = V / 22.4(標準状態の気体のみ)
m: 質量[g] M: モル質量[g/mol] V: 体積[L] 標準状態: 0℃・1atm(1.013×10⁵ Pa)
🔢 mol計算の例
| 物質 | モル質量M | 計算例 | 答え |
|---|---|---|---|
| H₂O(水) | 18 g/mol | 36 gの水は何mol？ n = 36/18 | 2.0 mol |
| NaCl(塩化Na) | 58.5 g/mol | 1.0 molのNaClは何g？ m = 1.0×58.5 | 58.5 g |
| CO₂(気体・標準状態) | 44 g/mol | 22.4 LのCO₂は何mol？ n = 22.4/22.4 | 1.0 mol |
| Na(ナトリウム) | 23 g/mol | 0.5 mol中の原子数は？ N = 0.5×6.02×10²³ | 3.01×10²³個 |
❌ よくある誤解
誤:22.4 L/molは液体や固体にも使える
正:22.4 L/molが成り立つのは「標準状態(0℃・1気圧)の気体」に限られ、液体・固体には使えない
液体・固体は粒子どうしが密着しているため体積は物質ごとの密度で決まり、molの数だけでは体積が決まらない。
誤:標準状態でなくても気体は1 molで22.4 Lになる
正:22.4 L/molは0℃・1気圧という特定の条件でのみ成り立つ値であり、温度や圧力が変わればモル体積も変わる
常温・常圧(25℃・1気圧)ではおよそ24 L/molになる。問題文の条件(標準状態かどうか)を必ず確認する。
💡 なぜ気体の種類によらずモル体積が同じになるのか?
気体分子どうしの間の距離は、分子自体の大きさに比べて非常に大きい。そのため気体の体積のほとんどは「分子と分子の間の空間」が占めており、分子自体の大きさの違い(水素は小さい、二酸化炭素は大きいなど)は全体の体積にほとんど影響しない。同じ個数(1 mol)の分子がある空間に広がれば、分子の種類によらずほぼ同じ体積になる。
モル体積が気体の種類によらず一定になるという性質は、理想気体の状態方程式 PV = nRT(P: 圧力, V: 体積, n: 物質量, R: 気体定数, T: 絶対温度)から導かれる。実在の気体は分子自身の体積や分子間力の影響でこの式から少しずれる(実在気体)が、高校化学基礎で扱う範囲では理想気体として近似してよい。大学範囲(状態方程式)
🎯 入試での問われ方
「標準状態で」という条件が付いているかどうかを見落とさずに22.4 L/molを使えるかが頻出のポイント。気体の密度から分子量を逆算させる問題(モル質量=密度×22.4)もよく出る。
🎯 練習問題
まず自分で解いてから、「答えを見る」を押して確かめよう。
問2
★
質量から物質量
水（分子量18）54 gの物質量は何molか。
答えを見る
答え3.0 mol
物質量 = 質量 ÷ モル質量。
問3
★★
気体の体積から物質量
標準状態（0℃、1気圧）で11.2 Lを占める酸素の物質量は何molか。
答えを見る
答え0.500 mol
標準状態の気体は、1 molで22.4 L。
問4
★★
物質量から質量
二酸化炭素（分子量44）0.25 molの質量は何gか。
答えを見る
答え11 g
質量 = 物質量 × モル質量。
問5
★★
物質量から粒子の数
水2.0 molに含まれる水分子は何個か。アボガドロ定数は 6.02×10²³ /mol とする。
答えを見る
答え1.2×10²⁴個
粒子の数 = 物質量 × アボガドロ定数 = 2.0 × 6.02×10²³。
問6
★★★
気体の体積から質量
標準状態（0℃、1気圧）で5.6 Lを占めるメタン CH₄（分子量16）の質量は何gか。
答えを見る
答え4.0 g
5.6 ÷ 22.4 = 0.25 mol。0.25 × 16。
✅ この単元のまとめ
- 原子量:¹²C=12を基準にした相対質量。分子量:分子中の原子量の総和。式量:組成式中の原子量の総和(イオン結晶など)
- 1 mol = 6.02×10²³個(アボガドロ定数 N_A)。molはあらゆる粒子の個数を数える単位
- 物質量 n = N / N_A = m / M = V / 22.4(気体・標準状態)
- モル質量 M[g/mol] = 原子量・分子量・式量の数値にそのまま単位を付けたもの
- 標準状態(0℃, 1 atm)の気体1 molは、種類によらず22.4 Lを占める
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