物質量の求め方とは？単位や計算問題も解説！
高校の化学において基礎になるのがmol(モル)という単位です。
これは物質量を表す単位なのですが、よく分からない人も多いでしょう。
モルという単位そのものが高校から習うものですし、ここで躓いてしまうと、後々まで訳がわからなくなります。
そこで物質量の単位であるmolや計算問題なども、わかりやすく解説をしていきましょう。
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１．物質量(mol)とはいったい何か？
先にもお伝えしましたが、molとは物質量の単位です。
ここで躓くことが多いのですが、シンプルに考えましょう。
物質量とは原子の量でもあります。ただ、小さすぎて正確な数字で把握しようとすると、大変です。
そのため簡易的に、molという単位を当てはめています。
単位の説明で良く例えにされるのが、鉛筆です。
鉛筆はばら売りでも買うことができますが、基本的には12本1組になっているダースになります。この12本を1つにまとめたダースとmolは同じです。
鉛筆なら1ダースは12本とわかりやすいですが、molの場合は6.02×1023個という数字になります。
ちなみに、この6.02×1023という数字はアボガドロ定数と呼ばれるものです。
では実践をしてみましょう。
例題としてわかりやすいように、1molのH2Oという水分子を考えます。
この時に水素原子であるHは2つありますから、2molあり、酸素原子のOは1つなので1molになります。
ここで各原子（分子）の個数を確認しておきます。
まず、水分子ですがこれは1molあるので、水分子が6.02×1023個あることを意味しています。
同様に考えて、水素原子は1.20×1024(12.04×1023)個、酸素原子は6.02×1023個あることを意味しています。
このようにmolというのは、アボガドロ定数を簡易にしたものなので、特に怖がる必要はありません。
molの内容がわからないと、化学という分野そのものの学習が進んでいかないので、基礎をしっかりと押さえておきましょう。
２．物質量(mol)の計算をしよう
molは物質量の単位であり、分子の個数のことです。
分子や原子はとても数が多いので、1molといったように数えるという形になります。
molの計算をする時は、質量と体積、そして個数の3つを求めるのが基本となってきます。
質量はg、体積はL、個数は個として計算をしていきますが、最初に覚えておきたいことがあります。
それは、molから何かの数値を求める時はかけ算を使い、反対に何かからmolを求めるのなら割り算を使うということです。
- 分子量
分子量とは、分子の重さのことです。
分子とは1個あたりの重さが、それぞれに決まっています。
ただ、1個の数値は極小になるので、1molあたり何gになるのかを考えるのです。
これがモルを使った分子量になります。
先ほどと同じく、H2Oとなる水分子で考えましょう。
水分子は1molで、18gという数値が決まっています。
内訳は水素Hが1つあたり1g、酸素が1つあたり16gです。
H2Oですから、1+1+16で18gになります。
ここで、水が54gあるとしましょう。
54gの水には何molになるのか、問われたとします。
モルを問われた時は割り算を使うのは、お伝えした通りです。
では、問題に戻りましょう。
54gの水を分子量18gで割ると、3になります。
つまり、3molという結果を得られるのです。
- 気体の計算（体積）
体積をLで表すので、液体のリットルと勘違いをするケースが目立ちます。ただ、ここで紹介する計算は気体でしか使えません。
しかし、気体であるのなら、どんな気体でも同じ計算式です。
気体体積であるLを22.4で割ると、molになります。
酸素も二酸化炭素も窒素も、それ以外の気体でも同じです。
ここで気体の体積からmolを求めてみます。
5.6Lの酸素に含まれるmolを求めるとなると、22.4で割るので0.25molとなるのです。
- 個数
1molは6.02×1023というのは紹介しました。
ここで仮に、ある分子が3.01×1022個あるとすると、
そのmolは
3.01×1022÷6.02×1023
になります。
計算をすると、0.05molです。
３．化学の頻出問題である溶液の濃度計算
化学の授業が進んでいくと、内容が溶液の計算に移ります。
この溶液の計算で頻出なのが、濃度を求めるものです。
この場合使われるのが、molではなくてモル濃度になります。単位としてはmol/Lです。
ほとんどの場合、500mlといったように単位が違う形で出題されますので、まずは単位をLに直しましょう。
1000で割るだけなので難しくはありませんが、単位直し忘れのケアレスミスだけは注意してください。
ちなみに問題文では水溶液などと表記されることが多いですが、塩酸や希硫酸など後ろに溶液とつかないケースもあります。
ただ、この場合も溶液ですから惑わされないようにしてください。
では、計算問題を実践してみましょう。
2mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液が500mlあるとして、molを求めてみます。
最初に500mlを1000で割って単位を直します。
500÷1000＝0.5L
この0.5Lに2mol/Lをかけると、濃度が計算できるのです。
0.5×2＝1
つまり、1molになるという計算です。
４．物質量の例題を解いていこう
では、実際に出題されるパターンの例題を紹介していきます。
簡単な計算問題ですので、落ちついて考えれば難しくありません。
molから計算をするので、今回はかけ算を使います。
H2Oは1molあたり18gですから、18にmol数を書ければ答えがでます。
答えは18×5＝90ですので、90gです。
先ほどとは逆のパターンです。
mol数を得るには割り算を使いますから、132を44で割ります。
（44という数字がでてきましたが、これは二酸化炭素の分子量です。炭素であるCの原子量は12、酸素の原子量は16です。二酸化炭素はCO2なので、Cが1つにOが2つになります。計算式はC×1+O×2＝12+16×2＝44です。）
問題に戻りましょう。
132÷44となるので、答えは3です。
つまり、3molが正解になります。
気体の体積を求める時の数字は、22.4（L）です。
molから求めるので、使われるのはかけ算になります。
つまり、22.4×5＝112なので、112Lが正解です。
既に紹介していますから、簡単にいきましょう。
22.4÷22.4となるので、正解は1molです。
個数を求める時は、6×1023であるアボガドロ定数をかけます。
物質の種類には関係ありません。
つまり、計算式としては6×1023×1となります。
＝6×1023個が正解です。
どんな物質でも、1molは6×1023個であることを覚えておきましょう。
こちらも先ほどやった問題の変形です。
ただし、乗数にだけ気をつけておきましょう。
ここを見落としてしまいがちですので、テストの時にもしっかり確認してください。
1.2×1024÷6.0×1023
＝12×1023÷6.0×1023
＝2
つまり、答えは2molとなります。
ここから応用問題を紹介します。
最初に18gの水分子を割ってmolを求めます。
18(g)÷18(g/mol)という計算式です。
18の数字は上でお伝えしているので省きます。
＝18×1/18 ＝1
となり、molの値は1となりました。
次に、求めたmolに22.4L/molをかけます。
1(mol)×22.4(L/mol)になりますから、22.4Lとなります。
この問題も練習すれば難しくないでしょう。
５．おわりに
物質量の求め方を紹介してみました。
単位はmol(モル)でこれは分子量6.0×1023を示したものです。
molの計算問題のポイントは、molから求める時はかけ算、molを求めるなら割り算になることです。
化学では基本中の基本なので、しっかりと押さえておいてください。
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