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物質量と化学反応式の問題

難易度 4国公立二次の標準レベル高校化学 物質量と化学反応式

アルミニウム の粉末 と酸化銅(II) の粉末 をよく混ぜて加熱したところ、次の反応がどちらか一方がなくなるまで進んだ。

反応後の固体をすべて十分な量の塩酸に加えたところ、気体が発生した。発生した気体の体積は、、 において何 L か。有効数字 2 桁で答えよ。ただし、原子量は 、、 とし、、 における気体のモル体積は とする。塩酸中では、アルミニウムは の反応で完全に溶け、銅は塩酸と反応せず、酸化アルミニウムは気体を発生せずに溶けるものとする。気体は理想気体とみなし、水への溶解は無視する。

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(7 技能)
算数中学高校大学大学院

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一覧で見る(前提が先)
  1. 原子・分子と化学式
  2. 原子量・分子量・式量
  3. 物質量と質量・粒子の数
  4. 気体の体積と物質量
  5. 化学反応式の係数
  6. 化学反応式と量的関係
  7. 過不足のある反応

ヒント

行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。

ヒント 1

まず加熱の反応で、アルミニウムと酸化銅(II) のどちらが余るかを調べましょう。次に、反応後の固体のうち、塩酸と反応して気体を出すものはどれかを考えます。

ヒント 2

加熱の反応では Al と CuO は物質量の比 2 : 3 で反応します。塩酸中では Al 2 mol から 3 mol が発生し、Cu と からは気体が出ません。

ヒント 3

Al は 0.20 mol、CuO は 0.15 mol です。CuO と反応する Al は 0.10 mol なので、Al が 0.10 mol 余ります。この Al から発生する水素の物質量を求めましょう。

答えと解説

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解説を読む

はじめの物質量は、 のモル質量が なので

加熱による反応
より、 と は物質量の比 で反応する。 がすべて反応するのに必要な は

で、 より少ないので、 がすべて反応し、 が余る。余った は

反応後の固体は、、、余った である。

塩酸との反応
銅は塩酸と反応せず、酸化アルミニウムは気体を発生しないので、気体(水素)を発生するのは余った だけである。 より、 2 mol から 3 mol が発生するので

その体積は

有効数字 2 桁で 。

別解

は mol。 なので mol。
より、 mol と反応する は mol。 は mol あるので がなくなり、 が mol 残る。
反応後の固体中、塩酸と反応して気体を出すのは残った mol のみ(、 は気体を出さない)。
より は mol。
体積は L。有効数字 2 桁で 3.4 L。
検算: 電子の授受で、 全体が失う電子は mol、うち の が受け取るのは mol、残り mol が に渡り mol となり一致。

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