化合と化学変化の量的関係
2種類以上の物質が結びついて新しい1種類の物質ができる変化を化合といいます。化合では一定の比率で物質が結合し、質量保存の法則と定比例の法則が成り立ちます。
基本知識
化合は複数の物質が1種類の物質になる化学変化です（分解の逆）。代表例:
・鉄と硫黄の化合: Fe + S → FeS（硫化鉄）
・銅と酸素の化合: 2Cu + O2 → 2CuO（酸化銅）
・水素と酸素の化合: 2H2 + O2 → 2H2O（水）
質量保存の法則（ラボアジエ、1774年）: 化学変化の前後で、物質全体の質量は変わらない。これは反応前後で原子の種類と数が変わらないためです。
定比例の法則（プルースト）: 同じ化合物は常に一定の質量比で元素が結合している。例: 銅と酸素は常に4:1の質量比で化合して酸化銅 CuO になる。マグネシウムと酸素は3:2の比で化合して酸化マグネシウム MgO になる。
化合（2種類以上の物質が結びついて新しい1種類の物質ができる変化）
質量保存の法則（化学変化の前後で物質全体の質量は変わらない）
定比例の法則（同じ化合物を構成する元素の質量比は常に一定）
化合物（2種類以上の元素が化学結合してできた純物質）
硫化鉄（FeS。鉄と硫黄が化合してできる物質。鉄と全く異なる性質を示す）
酸化銅（CuO。銅と酸素が4:1の質量比で化合）
深掘り
鉄と硫黄の混合物と、加熱後の硫化鉄の比較は定番の実験です。
・混合物: 磁石に引きつけられる（鉄が混在）、塩酸を加えると硫化水素(腐卵臭)の発生が少ない
・硫化鉄: 磁石に引きつけられない（別の物質）、塩酸を加えると硫化水素が多量に発生
これにより化合は混合とは全く異なることがわかります。
銅の酸化では、銅0.8 gを完全に酸化すると 1.0 gの酸化銅ができます。結びついた酸素は 0.2 g で、銅:酸素 = 0.8:0.2 = 4:1 です。この比率は常に一定です（定比例の法則）。過剰な銅があっても、酸素がなくなれば反応は止まります。
- 化合＝2種類以上→1種類の物質（分解の逆）
- 質量保存の法則＝反応前後で全体の質量が変わらない
- 定比例の法則＝化合物の質量比は常に一定
- 銅:酸素 = 4:1 で酸化銅 CuO ができる
- Mg:酸素 = 3:2 で酸化マグネシウム MgO ができる
- 鉄＋硫黄→硫化鉄（磁石に引きつけられない）
- 混合物と化合物は全く異なる
注意点
① 化合は化学変化(新しい物質が生じる)、混合は物理変化(物質は変わらない)。② 質量保存の法則は閉じた容器の中で確認する必要がある（開放系ではガスが出入りして見かけ上質量が変わる場合がある）。③ 定比例の法則では、一方の物質が余った場合でも化合する質量比は変わらない。余った分は反応しない。④ 銅:酸素 = 4:1、Mg:酸素 = 3:2 の数値は覚えておくこと。
練習
- 銅3.2 gを完全に酸化したとき、できる酸化銅の質量を求めなさい。（銅:酸素 = 4:1）
- 化合と混合の違いを説明しなさい。
- 質量保存の法則を確認する実験で、閉じた容器を使う理由を答えなさい。