化学反応式の一覧—中学で覚える反応と係数の合わせ方｜武蔵野個別指導塾

2NaHCO₃ の頭の 2 はどこから来るのか。中学で出る反応式 40 本を分解・化合・酸化・還元・中和に分けて並べ、物質名から式を作り、原子を数えて係数を立てる手順まで、夜のテーブルでそのまま使えます。

よくあるのは、夜 9 時の台所のテーブルで、炭酸水素ナトリウムの式を写したまま手が止まる、という場面です。水切りかごの皿はまだ乾かず、冷蔵庫の低い音だけが聞こえ、ノートの上には消しゴムのかすが増えていきます。ワークの解答には 2NaHCO₃ とありますが、頭の 2 がどこから来たのかは書いてありません。上の 40 本を丸暗記する前に、その 2 を自分で出せるようになると、覚える量そのものが減ります。

一覧の読み方

表は分類ごとに番号を通してあり、全部で 40 本です。内訳は分解 6、化合 4、酸化 8、還元 4、中和 5、気体の発生 9、沈殿と金属 4 です。中学 2 年の化学変化で習うものが中心で、電気分解の 4 と 5、中和の 23 から 27、金属の 39 と 40 は中学 3 年で習うことが多く、教科書の配列で少し前後します。右の列に「発展」とある 11 本は、反応を授業で見ても、式まで書かされることが少ないものです。学校や入試で扱いが違うので、テストの範囲表を確かめてから後回しにしてください。

図1のように、分解は 1 つの物質が 2 つ以上に分かれる変化で、化合はその逆向きに、2 つ以上の物質が 1 つにまとまる変化です。酸化は物質に酸素が結びつくこと、還元は酸化物から酸素がとれること、中和は酸とアルカリから塩と水ができることを指します。教科書によっては「化合」より「物質が結びつく変化」という言い方を前に出していますが、中身は同じです。塩は「えん」と読み、食塩だけを指す言葉ではありません。酸の陰イオンとアルカリの陽イオンが組んだ物質の総称で、硫酸バリウムも硝酸カリウムも塩です。

矢印の左が反応前、右が反応後です。矢印は「等しい」ではなく「変わる」を表しますが、原子の種類と個数は左右で同じです。化学式の頭の大きい数字が係数で、その物質がいくつあるかを数えています。右下の小さい数字は、ひとかたまりの中にその原子がいくつ入っているかです。たとえば 2H₂O は、水素原子 2 個と酸素原子 1 個のかたまりが 2 つあるという読み方になり、原子は水素 4 個、酸素 2 個です。係数が 1 のときは書きません。

分類は重なります。2Cu + O₂ → 2CuO は酸素と結びつくので酸化ですが、2 つの物質が 1 つにまとまるので化合でもあります。表では酸素と結びつく反応を酸化にまとめました。還元も単独では起きません。番号 19 の式では酸化銅が酸素を失う一方で、炭素がその酸素を受け取って酸化されています。また番号 8 の硫化銅は、中学では CuS と書きますが、実際の加熱では Cu₂S が主にできるという説明が高校以上の教材にはあります。テストでは授業で習った形を書いてください。

覚え方

元素の語呂のように誰もが知っている語呂は、反応式にはほとんどありません。40 本を 1 本ずつ歌にするより、式を作る手順を 1 つ持ち、似た形をまとめて覚えるほうが速く、テストの紙の上でも崩れません。覚えるのは、何から何ができるかと、物質名に対応する化学式の 2 つで、係数は手順で出せます。

物質名から式を作る 3 段

図2は、水素を燃やす反応で 3 段を進めたものです。1 段目で「水素 + 酸素 → 水」と言葉の式を書きます。2 段目で物質名を化学式に置きかえ、H₂ + O₂ → H₂O とします。ここで玉を数えると、左の酸素原子は 2 個、右は 1 個で合いません。3 段目で頭に数を立て、2H₂ + O₂ → 2H₂O とすると、水素原子は左右とも 4 個、酸素原子は左右とも 2 個でそろいます。

係数を合わせる 4 つの手順

1. 化学式を矢印の左右に並べ、小さい数字はもう動かさないと決めます。
2. 原子の種類ごとに、左と右の個数を数えます。
3. いちばん複雑な物質から合わせます。O₂ や H₂ や Cu のように 1 種類の原子だけでできた物質は、ほかの原子の数を動かさないので最後に回します。
4. 全部そろったら数え直します。係数がすべて 2 で割れるなら割って、いちばん小さい整数にします。

夜の台所で止まった式を使って試します。化学式を並べると NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂ で、数えると次のようになります。

どの原子も右が左のちょうど 2 倍なので、NaHCO₃ の頭に 2 を立てれば終わりです。あの 2 は暗記の成果ではなく、この小さな表から出てきた数です。

次は酸素を最後に回す例です。C₂H₅OH + O₂ → CO₂ + H₂O では、炭素が左に 2 個あるので 2CO₂ とします。水素は C₂H₅OH の中に 5 個と 1 個で計 6 個あるので 3H₂O とします。この時点で右の酸素原子は 4 個と 3 個で計 7 個です。左の C₂H₅OH に 1 個あるので、残り 6 個を O₂ でまかなえばよく、3O₂ で決まります。

奇数が出てきたら 2 倍します。Al + HCl → AlCl₃ + H₂ では、塩素原子をそろえるために HCl を 3 倍すると水素原子が 3 個になり、2 個組の H₂ では割り切れません。そこで Al と HCl と AlCl₃ をさらに 2 倍して 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ とし、水素原子 6 個を 3H₂ で受けます。

似た形をまとめる

表の 40 本は、次の形に束ねると本数が減ります。

• 酸素と結びつく形: 2Cu + O₂ → 2CuO、2Mg + O₂ → 2MgO、2H₂ + O₂ → 2H₂O は、係数の並びがどれも 2・1・2 です。
• 炭素と水素を含む物を燃やす形: 酸素が十分にあれば、右は必ず CO₂ と H₂O です。番号 16 から 18 は、左の物質が違っても右の顔ぶれは同じです。
• 金属と塩酸の形: 右は塩化物と H₂ です。番号 28 から 30 はどれも係数が 1・2・1・1 です。銅は塩酸と反応しないので、この形を作りません。
• 炭酸を含む物と塩酸の形: 番号 32 と 33 は、右に塩化物と H₂O と CO₂ が並びます。
• 酸とアルカリの形: 右は塩と H₂O です。H₂O の係数は、酸の H とアルカリの OH をそろえた個数で決まります。

覚える順番

最初の 10 本は、番号 3 と 13 の水の 2 本から始めます。矢印の向きが逆なだけなので、1 本分の手間で 2 本入ります。続けて 11 と 12 の銅とマグネシウム、1 と 2 の熱分解、7 の鉄と硫黄、19 の酸化銅と炭素、23 と 26 の中和へ進みます。残りは上の束に乗せて広げ、発展は最後です。

手が空いているときは、係数の並びだけを声に出します。酸化銀は 2・4・1、酸化銅と炭素は 2・1・2・1、炭酸水素ナトリウムの右の 3 つは、炭酸ナトリウムと水と二酸化炭素の頭をとって「タン、ミズ、ニサン」です。広く決まった語呂ではなく自分用の唱え方の一例なので、言いやすいように変えてかまいません。書いた夜に見直しても覚えたつもりになるだけなので、翌朝に 1 回、3 日後に 1 回、物質名だけを見て白紙に書きます。書けなかった式だけが、次の晩に手順へ戻る式です。

テストでの出方

定期テストで多いのは、言葉の式を化学式に直す問題、係数の穴埋め、玉のモデル図を式に直す問題の 3 つです。入試になると物質名が伏せられ、実験の文章から読み取る形が増えます。線香が激しく燃えたなら酸素、石灰水が白くにごったなら二酸化炭素、塩化コバルト紙が青から桃色に変わったなら水、と読み替えてから式を書きます。表の右の列は、この読み替えのためにあります。銅と酸素の 4:1、マグネシウムと酸素の 3:2 を使う質量の計算も、同じ大問に並ぶことがよくあります。

例題 1

マグネシウムを空気中で熱すると、強い光を出して白い粉になりました。この変化を化学反応式で書きなさい。

答えは 2Mg + O₂ → 2MgO です。白い粉は酸化マグネシウムで、化学式は MgO です。Mg + O₂ → MgO のままだと酸素原子が左 2 個、右 1 個なので、まず MgO に 2 を立てます。すると右のマグネシウム原子が 2 個になるので、最後に左の Mg にも 2 を立てます。

例題 2

炭酸水素ナトリウムを試験管で熱すると、試験管の口に液体がつき、出た気体で石灰水が白くにごりました。残った白い粉の水溶液は、フェノールフタレイン液で赤くなりました。液体と気体の名前を答え、化学反応式を書きなさい。

答えは、液体が水、気体が二酸化炭素で、式は 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂ です。残った粉は炭酸ナトリウムで、水溶液がアルカリ性を示します。名前を答える問いと式を書く問いが同じ実験から続くので、目印を読み違えると両方を落とします。

例題 3

黒い酸化銅に炭素の粉を混ぜて熱すると、赤茶色の物質が残り、出た気体で石灰水が白くにごりました。化学反応式を書き、酸化された物質と還元された物質を答えなさい。

答えは 2CuO + C → 2Cu + CO₂ で、酸化された物質は炭素、還元された物質は酸化銅です。酸素の行き先を矢印でたどると、1 つの式の中で 2 つの変化が同時に起きているのが見えます。

まちがえやすいところ

1 つ目は、数を合わせるために小さい数字を書きかえる誤りです。H₂ + O₂ → H₂O の酸素原子が足りないからといって右を H₂O₂ にすると、左右の原子の数はたしかにそろいます。しかし図3のように、H₂O₂ は水ではなく過酸化水素です。水を作る反応を書いていたはずが、別の物質の式に変わってしまいます。変えてよいのは頭の係数だけで、2H₂O なら水が 2 個に増えただけです。

2 つ目は、O₂ の 2 の書きもれと書きすぎです。水素、酸素、窒素、塩素は、単体のとき原子 2 個の組で H₂、O₂、N₂、Cl₂ と書きます。H₂ + O → H₂O は数が合っていても誤りです。一方で金属と炭素と硫黄は Cu、Mg、C、S のように元素記号のまま書くので、Cu₂ や S₂ としてはいけません。分子を作るかどうかを化学式の段階で決めておくと、係数の段階で迷いません。

3 つ目は、酸化と還元の主語の取り違えです。2CuO + C → 2Cu + CO₂ を見て、名前に「酸化」があるから酸化銅が酸化されたと答えると誤りです。酸化銅は酸素を失っているので還元された側で、酸素を受け取った炭素が酸化された側です。問題文が「酸化された物質」と「還元された物質」のどちらを聞いているかに線を引き、矢印の左の物質が酸素を得たのか失ったのかで判断します。

確かめの問題

何も見ずに、順に答えてください。

1. 塩化銅水溶液を電気分解したときの化学反応式を書きなさい。
2. CH₄ + □O₂ → CO₂ + □H₂O の □ に入る数を、左から順に答えなさい。
3. うすい硫酸に水酸化バリウム水溶液を加えると白い沈殿ができました。化学反応式と、沈殿の物質名を答えなさい。
4. 亜鉛にうすい塩酸を加えたときの化学反応式と、発生する気体の名前を答えなさい。
5. 銅と酸素は質量の比 4:1 で結びつきます。銅 6.0 g がすべて酸化銅になるとき、結びつく酸素と、できる酸化銅はそれぞれ何 g ですか。

答え

1. CuCl₂ → Cu + Cl₂
2. 左から 2、2。式は CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O です。
3. H₂SO₄ + Ba(OH)₂ → BaSO₄ + 2H₂O、沈殿は硫酸バリウムです。
4. Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂、気体は水素です。
5. 酸素 1.5 g、酸化銅 7.5 g です。銅 6.0 g の 4 分の 1 が酸素の質量で、両方を足すと酸化銅の質量になります。

次に覚える一覧

化学式の一覧は、この表に出てくる物質を 1 つずつ正しく書くための土台です。イオン式の一覧は、中和と電気分解の式をイオンの動きで読み直すときにつながります。原子量の一覧は、係数の比を質量の計算へ持ち込む高校の化学につながります。個別指導では、係数で止まった式の手前に戻り、その式に出てくる物質を何も見ずに化学式で書けるかを先に確かめます。ここが書けていれば、止まっているのは手順だけだと判断できます。

まとめ

夜 9 時のテーブルで止まった 2 は、記憶の穴ではありません。数えていなかった原子です。40 本の式は忘れても作り直せますし、小さい数字に手を出さないかぎり、作り直した式はいつも同じ形に戻ります。翌朝の白紙で手が止まったら、解答を開く前に Na と H を数えてください。係数の答えは、いつも矢印の両側に書いてあります。