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まず、原則として覚えていてほしいのが、化学反応が「完全に」起こったときは以下のことが成り立つということです。
係数比=分子数の比(※) ・気体の体積比
ただし、質量比≠係数比
(※ 厳密には金属などの分子からできていない物質も反応式に出てくるので構成粒子数の比。)
中学校で出てくる比は3つあります。
①粒子数の比
②気体の体積比
③質量比
このうち、係数比と一致するのは①②です。
これだけでは分かりにくいと思うので2H2+O2→2H2Oを例に説明します。まず、前提として水素分子H2の前についている2と、酸素分子O2の前に省略されている1と、水分子H2Oの前にある2が係数です。
この反応式の意味は、水素と酸素が完全に反応したのであれば、水素分子と酸素分子がそれぞれ2:1の個数比で反応してなくなる代わりに、水分子が2だけできるという反応です。詳しいことは高校で習いますが、これは気体の場合のみ体積比とも一致します。あくまで、「完全に」反応した場合の個数「比」なので実際にはだいたい6.0×10^23個くらいの水素分子と3.0×10^23個くらいの酸素分子が結び付いて6.0×10^23個くらいの水分子ができています。これを簡単に考えるために問題文では50個とかになっていることが多いです。
そしてもうひとつの重要なことが、係数比と質量比は一致しないということです。例えばよく出てくる例に、2Cu+O2→2CuOがありますが、銅4.0gだからといって、2:1で酸素2.0gとは反応しません。実際に質量比は4:1です。これは高校に入れば原子量という値から求められますが、中学校の理科では実験からしか求められません。なぜ係数比とイコールにならないかというと、銅原子の1個の質量と酸素原子の1個の質量は違っているからです。
ここらへんの話は難しくて、高校では物質量(mol)というのを使って考えます。(簡単に言うと、原子っていうむちゃくちゃ軽くて小さいものは扱いにくい。じゃあ、たくさん(6.0×10^23個くらい)集めてきて、それを1つの塊として考えたらいいんじゃないかという考え方です)
ごめんなさい、長くなりました。一回切って次に解説します。
銅に似たものの質量比と酸素に似たものの質量比が違うからであり、結び付く数は1:1で同じなので反応する数は変わらないからです。
詳しい説明、有難うございます。
2.は構成粒子数の比を聞いていますが、このとき重要なのはCuOは分子ではないということです。中2だと思うのでごまかして説明すると、無数のCuに似たものと無数のOに似たものがたくさんくっついていて、その比をそのままくっつけた式としてCuOと書いているんです。H2OはH原子2つとO原子1つからなる分子なので、H2Oは明確に原子3つからできる分子で、このときH2Oは化学式のうち分子式に分類されます。CuOはそうではなくあくまで比のお話なので化学式ではなく組成式に分類されます。
4. (1)から反応の質量比4:1が求まり、(2)ではCuOの構成がわかり、(3)では原子1つの質量比が求まりました。(1)と(3)では答えが一致したはずですね。これは当たり前で、上に書いたとおり、