化学変化とイオンの問題

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。

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、一方に硫酸マグネシウム水溶液を入れてマグネシウム板をひたし、もう一方に硫酸銅水溶液を入れて銅板をひたして電池をつくった。マグネシウム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った。このとき、マグネシウム板ではマグネシウム原子が電子を 2 個失ってマグネシウムイオン $\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}$ になって水溶液中にとけ出し、銅板では水溶液中の銅イオン $\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}$ が電子を 2 個受けとって銅原子になり、銅板に付着した。

実験の前後でマグネシウム板と銅板の質量をはかったところ、2 枚の板の質量の合計は、実験の前より $0.80\text{g}$ 増加していた。このとき、マグネシウム板の質量は何 g 減少しましたか。

ただし、マグネシウム原子 1 個と銅原子 1 個の質量の比は $24:64$ とする。また、マグネシウム板から出た電子はすべて導線を通って銅板に移動し、板の質量の変化は、マグネシウムがとけ出したことと銅が付着したことだけによるものとする。

ダニエル電池をつくった。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質量 $20.00\text{g}$ の亜鉛板をひたし、もう一方に硫酸銅水溶液を入れて質量 $15.00\text{g}$ の銅板をひたした。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、モーターが回り続けた。

しばらくして亜鉛板と銅板を取り出し、表面の水分をとって質量をはかると、銅板の質量のほうが亜鉛板の質量より $1.45\text{g}$ 大きくなっていた。このとき、銅板の表面に付着した銅の質量は何 g ですか。

ただし、亜鉛原子 1 個と銅原子 1 個の質量の比は $65:64$ とする。また、亜鉛板の質量が減ったのは亜鉛が亜鉛イオンになって水溶液中に出ていったためだけであり、亜鉛板から出ていった電子はすべて導線を通って銅板に移動し、銅板の表面で銅イオンが受け取って銅となり、すべて銅板に付着したものとする。

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。