無機物質の問題

硫酸は工業的には接触法でつくられる。硫黄を原料とする接触法は、次の 3 つの反応で表される。
$$\text{S}+{\text{O}}_2⟶{\text{SO}}_2$$
$$2{\text{SO}}_2+{\text{O}}_2⟶2{\text{SO}}_3$$
$${\text{SO}}_3+{\text{H}}_2\text{O}⟶{\text{H}}_2{\text{SO}}_4$$
硫黄 $8.0\text{kg}$ がすべて反応し、硫黄原子がすべて硫酸 ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$ になったとする。得られた硫酸をすべて用いて、質量パーセント濃度 $98\%$ の濃硫酸をつくると、その質量は何 $\text{kg}$ になるか。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、原子量は $\text{H}=1.0$, $\text{O}=16$, $\text{S}=32$ とする。

硝酸は工業的にはオストワルト法でつくられる。オストワルト法は次の 3 つの反応からなる。
$$4{\text{NH}}_3+5{\text{O}}_2⟶4\text{NO}+6{\text{H}}_2\text{O}(1)$$
$$2\text{NO}+{\text{O}}_2⟶2{\text{NO}}_2(2)$$
$$3{\text{NO}}_2+{\text{H}}_2\text{O}⟶2{\text{HNO}}_3+\text{NO}(3)$$
反応 $(3)$ で生じた $\text{NO}$ は反応 $(2)$ にくり返し用いられ、最終的にアンモニアに含まれる窒素原子はすべて硝酸になるものとする。

アンモニア $1.7\text{kg}$ を原料としてこの方法で硝酸をつくり、すべて質量パーセント濃度 $70\%$ の硝酸水溶液にしたとする。得られる $70\%$ 硝酸水溶液の質量は何 kg か。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、原子量は $\text{H}=1.0$、$\text{N}=14$、$\text{O}=16$ とする。

接触法では、硫黄から次の 3 段階の反応で硫酸をつくる。
$$\mathrm{S}+{\mathrm{O}}_2\to \mathrm{S}{\mathrm{O}}_2$$
$$2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_2+{\mathrm{O}}_2\to 2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_3$$
$$\mathrm{S}{\mathrm{O}}_3+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to {\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4$$
硫黄 $16\mathrm{kg}$ がすべて硫酸になったとすると、質量パーセント濃度 $98\%$ の濃硫酸は何 kg 得られるか。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、原子量は $\mathrm{H}=1.0$、$\mathrm{O}=16$、$\mathrm{S}=32$ とし、各段階の反応は完全に進むものとする。

鉄は工業的には、溶鉱炉（高炉）で鉄鉱石をコークスから生じた一酸化炭素で還元してつくられる。酸化鉄(III) ${\text{Fe}}_2{\text{O}}_3$ を質量パーセントで $80.0\%$ 含む鉄鉱石 $1.00\text{t}$ から得られる鉄 $\text{Fe}$ の質量は何 kg か。有効数字 2 桁で求めよ。

ただし、還元は次の化学反応式で表されるものとし、鉄鉱石中の酸化鉄(III) はすべて反応して鉄になり、鉄鉱石中の酸化鉄(III) 以外の成分には鉄が含まれないものとする。原子量は $\text{O}=16$、$\text{Fe}=56$ とし、$1\text{t}=1000\text{kg}$ である。
$${\text{Fe}}_2{\text{O}}_3+3\text{CO}⟶2\text{Fe}+3{\text{CO}}_2$$

銅 $0.635\text{g}$ に過剰の濃硝酸を加えたところ、銅はすべて溶けて二酸化窒素が発生した。この反応は次の化学反応式で表される。
$$\text{Cu}+4{\text{HNO}}_3⟶{\text{Cu(NO}}_3{)}_2+2{\text{NO}}_2+2{\text{H}}_2\text{O}$$
発生した二酸化窒素はすべて捕集されたものとし、理想気体とみなす。また、二酸化窒素の一部が四酸化二窒素に変化することや、水に溶けることは考えない。捕集した二酸化窒素の体積は、$27{}^{\circ }\text{C}$、$1.0\times 10^5\text{Pa}$ で何 $\text{L}$ か。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、原子量は $\text{Cu}=63.5$、気体定数は $R=8.3\times 10^3\text{Pa}\cdot \text{L}/(\text{K}\cdot \text{mol})$ とする。