化学変化とイオンの問題

ビーカーにうすい塩酸を入れ、亜鉛板と銅板を離してひたした。亜鉛板と銅板を導線と電子オルゴールでつなぐと電子オルゴールが鳴り、亜鉛板は少しずつとけ、銅板の表面からは気体の水素が発生した。

この変化を、原子・イオン・電子の数のモデルで考える。亜鉛板では亜鉛原子 $1$ 個が電子を $2$ 個放出して亜鉛イオン ${\text{Zn}}^{2+}$ $1$ 個になる。銅板の表面では水素イオン ${\text{H}}^{+}$ $2$ 個が電子を $1$ 個ずつ、合わせて $2$ 個受け取って水素分子 ${\text{H}}_2$ $1$ 個になる。亜鉛板から出た電子はすべて導線を通って銅板へ移動し、すべて水素イオンが受け取るものとする。また、亜鉛板の表面で直接水素が発生することはないものとする。

はじめ、ビーカーの塩酸には水素イオンが $800$ 個ふくまれていた。電子オルゴールを鳴らし続けたところ、亜鉛原子が $150$ 個亜鉛イオンになった。このとき、ビーカーの水溶液中に残っている水素イオンの数は何個ですか。

容器をセロハン膜で 2 つに仕切り、一方に硫酸亜鉛水溶液を入れて亜鉛板をひたし、もう一方に硫酸銅水溶液を入れて銅板をひたして、ダニエル電池をつくった。亜鉛板と銅板を導線とプロペラ付きモーターでつなぐと、モーターが回った。

イオンや電子の数を、モデルとして小さな数で考える。モーターをつなぐ前、硫酸亜鉛水溶液中には亜鉛イオン $\mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}$ が $30$ 個、硫酸銅水溶液中には銅イオン $\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}$ が $60$ 個あったものとする。

モーターを回し続けたところ、硫酸亜鉛水溶液中の亜鉛イオンの数が、硫酸銅水溶液中の銅イオンの数のちょうど 2 倍になった。このときまでに、亜鉛板から導線を通って銅板へ移動した電子は何個ですか。

ただし、亜鉛イオンと銅イオンはセロハン膜を通りぬけないものとし、亜鉛板から出た電子はすべて導線を通って銅板へ移動し、銅板で銅イオンが受けとるものとする。

うすい塩酸に亜鉛板と銅板を離して入れ、2 つの金属板を導線でつなぐと電池になり、導線に電流が流れます。このとき、各金属板では次の変化が起こっています。

• 亜鉛板（$-$ 極）: $\mathrm{Zn}\to \mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}+2e^{-}$
• 銅板（$+$ 極）: $2{\mathrm{H}}^{+}+2e^{-}\to {\mathrm{H}}_2$

ここで、$e^{-}$ は電子 $1$ 個を表します。亜鉛板で失われた電子は導線を通ってすべて銅板へ移動し、銅板で水素イオンに受け取られるものとします。

しばらく電流を流す間に、亜鉛原子が $60$ 個とけ出しました。この間に、銅板で電子を受け取った水素イオンは何個ですか。

容器をセロハン膜で 2 つに仕切り、一方に硫酸亜鉛水溶液を入れて亜鉛板をひたし、もう一方に硝酸銀水溶液を入れて銀板をひたして電池をつくった。亜鉛板と銀板を導線とモーターでつなぐと、モーターが回った。このとき、亜鉛板では亜鉛原子が電子を 2 個失って亜鉛イオン $\mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}$ になって水溶液中にとけ出し、銀板では水溶液中の銀イオン $\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}$ が電子を 1 個受けとって銀原子になり、銀板に付着した。

しばらくモーターを回したあと、亜鉛板の質量は $0.65\text{g}$ 減少していた。このとき、銀板の質量は何 g 増加しましたか。

ただし、亜鉛原子 1 個と銀原子 1 個の質量の比は $65:108$ とする。また、亜鉛板から出た電子はすべて導線を通って銀板に移動し、銀板に付着した銀ははがれ落ちないものとする。

容器をセロハン膜で 2 つに仕切り、一方に硫酸銅水溶液を入れて銅板をひたし、もう一方に硝酸銀水溶液を入れて銀板をひたして電池をつくった。銅板と銀板を導線と電子オルゴールでつなぐと、電子オルゴールが鳴った。このとき、銅板では銅原子 $\mathrm{Cu}$ が電子を 2 個失って銅イオン $\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}$ となって水溶液中にとけ出し、銀板の表面では水溶液中の銀イオン $\mathrm{A}{\mathrm{g}}^{+}$ が電子を 1 個受けとって銀原子 $\mathrm{Ag}$ となって付着した。

しばらく電流を流したあと、2 枚の金属板をとり出して質量を調べると、銅板の質量は $0.48\text{g}$ 減少していた。銅原子 1 個の質量と銀原子 1 個の質量の比を $16:27$ とするとき、銀板の質量は何 g 増加したか。

ただし、銅板で失われた電子はすべて導線を通って銀板に移動し、銀板で銀イオンが受けとったものとする。また、銅板の質量の変化は銅原子がイオンになってとけ出したことだけによるものとし、銀板の質量の変化は銀が付着したことだけによるものとする。銀は銀板からはがれ落ちないものとする。