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化学式って何?化学反応式の覚え方や絶対に覚えたい化学式一覧!

はじめに

中学に入って理科1を習い、初めて化学の勉強をした人の多くがCとかHとかの謎の記号に圧倒されてしまいます。
「元素記号ってたくさんあって何を覚えればいいのかわからない」
「なんで水の化学式はH2Oなの?」
「化学反応式、合ってるつもりで答えたら間違いだった」
あなたもこんな悩みを持っていませんか?
何を隠そう私も中学生のころは原子と分子の違いもわからず、定期テストで赤点を取るような始末でした。
それでもなんとか高校に入って勉強を始めて追いつくことができましたが、昔できなかった頃があるからこそこの分野はとても大切だと感じます。

特に化学は最初に周期表を使って元素記号を覚えたり、化学式ができるためのルールを学習したりといった基礎の部分を学習します。
これって実はとても大事で、ここの内容が抜けているとこのあと習う化学が全く理解できなくなって、大学受験にさえ影響してしまうのです。
この記事で化学式や化学反応式の基礎を学んで、高校受験や大学受験で活きる基礎を作りましょう!

元素記号を覚えよう!暗記必須の元素記号20個

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化学式を覚える前に、まず化学式を構成する元素記号を覚えましょう!

化学の勉強をはじめるあなたが最初に絶対に覚えなければいけない元素が20個あります。
それは周期表の原子番号の最初の20個の元素たちです。
何十年も前から使われている伝統的な語呂合わせで覚えましょう。学校で教わった人も多いかもしれません。
「水兵リーベぼくのふね ななまがりシップスクラークか」
リーベはドイツ語でLOVEらしいです。水兵さんは船が好きで〜と無理やり解釈しようとしても、意味は通りませんが笑、語呂は良いのですぐ覚えられると思います。
この語呂に、周期表の最初の20個を順番に当てはめて覚えていきます。

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水兵リーベの語呂合わせが覚えやすいとは言え、覚えられるのはあくまで元素記号とその順番のみ。その元素記号が何という名前の元素なのかも覚えなければいけません。
しかし、基本的には日本語での名前とラテン語での名前が同じで、その頭文字が元素記号になっているものが多いので文字を見ながら元素の名前を唱えれば自然と頭に入ってくると思います。

そこで、元素記号と名前が結びつきにくい、「気合を入れて覚えなければいけない元素たち」をピックアップして紹介します。

H:水素
B:ホウ素
C:炭素
N:窒素
O:酸素
F:フッ素
Si:ケイ素
P:リン
S:硫黄
Cl:塩素

一覧を見れば一目瞭然ですが、○素という名前が付いているものが多いです。
これらは外国の名前を日本の学者が日本語に訳して付けられた名前です。
そのため元素記号と元素の名前が一致せず、覚えにくくなっているのです。

これらの元素記号は、どれも全て覚えておいてほしいものではありますが、入試でよく出る元素を優先的に覚えられたら良いですよね。
H:水素
C:炭素
N:窒素
Na:ナトリウム
S:硫黄
Cl:塩素
これら6つの元素は、入試によく出ます。
化学の勉強を始めたあなたが真っ先に覚えるべき元素たちです!

化学式とは?

化学式とは、「ある物質は何の原子が何個ずつで集まってできているか」を示している式と考えましょう。

たとえば水素という分子を表す化学式(分子式)は、H2です。
これは1つの水素分子は2つの水素原子が集まってできているということを示しています。

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水素「分子」と水素「原子」という2種類の水素が出てきて困惑してしまった人がいるかもしれません。
「原子」というのは物質の最小単位、つまりもうこれ以上小さくできないというくらい細かくした物質です。
その原子が幾つか集まることで、ある性質を示す「分子」になるのです。
Hは水素原子を表し、これが2つ集まることで水素分子H2になるのです。

「どうして水素原子3つじゃなくて2つで1つの分子になるの?」と疑問に思う人もいるかもしれません。
これから化学を学んで「共有結合」という考え方を知るとその理由がわかるのですが、今はひとまずそれぞれの分子がどういう原子からできているかを覚えてしまいましょう。
「とりあえず覚えて」、「後から納得する」というのは化学に限らずいろんな科目に共通する大事な勉強方法です。

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覚えておきたい化学式

それでは化学の勉強を始めたあなたが高校入試までに覚えておくべき化学式を紹介します。
いきなり全部覚えようとしなくても大丈夫です。
「これらが受験までに覚えなければいけないものなんだな」ということをまず認識して、少しずつ勉強していきましょう。
ゴールが見えていればそこにたどり着くまでのプロセスを頭のなかに描いて取り組むことができます。

原子2つが集まって気体になる分子

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2つの原子が集まって気体分子になる化学式たちです。
ポイントは、同一原子が集まって気体分子になっているため、原子と分子の名前が同じだということです。
今回はわざわざ「分子」と後ろにつけましたが、入試問題で「塩素分子を〜」という風に表記されることはまず無いです。
文脈から分子のことを言っているのか原子のことを言っているのか正しく読み取り、適切な化学式を書くように心がけましょう!

2種類の原子からなる分子

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今度は逆に、2種類の原子からできる分子を3つ挙げました。
このような物質は他にもたくさんありますが、特によく見かけるのがこの3種類です。
これらは先ほどとは逆に「原子の名前から分子の名前がわからない」=「暗記必須」の分子たちだといえます。
水、二酸化炭素、アンモニアとどこかで必ず聞いたことがある名前だと思いますので、化学式と一緒に必ず頭に入れておきましょう!

水中で電離する(=酸・塩基)分子

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これらは酸と塩基と呼ばれる物質です。
「中和反応」は高校入試でもよく扱われますが、その中和反応に登場するのがこれらの物質です。
つまり、高校入試でよく見かけることになる化学式たちなので、覚えておくと受験を有利に進められること間違いなしです。

化学反応式のルールたち

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さて、ここまで見てきたのはある物質を表す「化学式」です。
ある物質が別の物質に変化する化学反応もこの化学式を繋いで表現することで表すことができます。
化学反応を化学式を使って表す表記方法を「化学反応式」と言います。
ここから先は、「化学反応式」のルールについて見ていきましょう。

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これは、窒素と水素からアンモニアを合成する反応を表す化学反応式です。特殊な条件下でしか進みません。(ハーバー・ボッシュ法など)
この化学反応式を例に、化学反応式のルールを学んでいきましょう。

左辺と右辺で出て来る原子の数は一緒

まずはじめに押さえるべきポイントは
・化学反応の前後で登場する原子の種類と数は変わらない
ということです。
アンモニアの合成反応を見てみると
N:窒素原子について 左辺では窒素原子2つからなる窒素分子が1つ、右辺では窒素原子1つを含むアンモニア分子が2つということでどちらも2つ
H:水素原子について 左辺では水素原子2つからなる水素分子が3つ、右辺では水素原子3つを含むアンモニア分子が2つということでどちらも6つ
とそれぞれの原子について同数を含んでいることがわかります。
この様に、反応の前後で登場する原子の種類と数は同じであるというのが化学反応式の1つ目の大事なルールです。

係数は最も簡単な整数で表す

・反応式の各分子の前にある係数は「最も簡単な」「整数比」で表す
というのが2つ目のポイントです。
次の2つのような式はこのルールに反しているためどちらも☓になってしまいます。

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上の式は全ての係数が2で割れるので「最も簡単な」整数比ではないですし、下の式は係数に分数を含んでしまっています。
そのためこれらの式は誤りで、正解は一番最初に示した化学反応式になるのです。

「反応の前後で原子の数が変わらない」と「係数は最も簡単な整数比」という2つのルールから、反応前の物質と反応後の物質さえわかれば化学反応式が1つに定まります。
この場合、「窒素N2と水素H2からアンモニアNH3を作る」とだけわかっていればその化学反応式は
N2+3H2→2NH3
とわかるのです!

左辺と右辺を→でつなぐ

最後に、重要なルールですが
・化学反応式の左辺と右辺を繋ぐのは=や⇒ではなく→
というルールがあります。
化学式を=で繋ぐと「熱化学方程式」という化学式とは異なるものになってしまいます。
また、「イコールではなく矢印で繋ぐ」とだけ覚えておくと、うっかり⇒と書きかねません。
⇒は数学で「AならばB」という命題を示すための記号でした。この様に別の意味があるので化学反応式には使いません。
化学反応式に使うのは必ず「→」です。それ以外を使うと減点になってしまうのでよく気をつけましょう!

最後に

何度も繰り返しになりますが、化学式・化学反応式は化学の勉強の基礎の基礎です!
ここをおろそかにすると後で大変苦労する単元とも言えます。

覚えるべき20個の元素記号や基本の分子をしっかりと頭に入れ、この先続く化学の勉強に臨みましょう。
正直最初は覚えるばかりであまり楽しくないかもしれません。
しかし勉強が進み、知識と知識が結びつくようになってくると化学の勉強は爆発的に楽しくなります。
最初が一番の踏ん張りどころです。気合を入れて乗り越えましょう!

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この記事を書いた人
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現役で東京大学理科2類に合格しました。いまは教養学部後期課程の4年生です。 得意科目は数学と化学、物理で、理系科目を中心に執筆していますので参考にしていただけると嬉しいです。

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