化学分野の用語と知識の問題
黒色の酸化銅を使って、次の実験 1、2 を行った。どちらの実験でも、試験管から出る気体はガラス管を通して石灰水に通した。加熱をやめる前にガラス管を石灰水からとり出し、加熱をやめたあとはすぐにゴム管をピンチコックで閉じ、試験管が冷えてから中の物質をとり出して調べた。
実験 1 酸化銅だけを試験管に入れて、ガスバーナーで十分に加熱した。
実験 2 酸化銅と炭素の粉末をよく混ぜ合わせたものを試験管に入れて、実験 1 と同じように十分に加熱した。
結果は次の表のようになった。
| 石灰水のようす | 加熱後に試験管に残った物質のようす | |
|---|---|---|
| 実験 1 | 変化しなかった | 黒色のままだった |
| 実験 2 | 白くにごった | 赤色の物質ができた。この物質を薬さじでこするとかがやき、電気を通した |
この実験の結果からわかることについて述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。
- ア 実験 2 で石灰水が白くにごったのは、酸化銅が加熱によって分解し、酸化銅にふくまれていた酸素が気体となって出てきたからである。
- イ 実験 2 では、炭素は酸素をうばわれて二酸化炭素になり、酸化銅は酸素と結びついて銅になった。
- ウ 実験 2 では、酸化銅は炭素によって酸素をうばわれて銅になり、同時に炭素は酸化されて二酸化炭素になった。
- エ 実験 2 で加熱後に試験管に残った物質の質量が加熱前より小さくなったのは、化学変化によって銅原子の数が減ったからである。
- オ 実験 2 でできた赤色の物質は、銅原子が 2 個結びついた分子が集まってできており、その化学式は と表される。
この問題で使うもの
- 酸化と還元（説明と入口の問題）
- 原子・分子と化学式（説明と入口の問題）
- 化学変化と熱・質量保存の法則（説明と入口の問題）
- 分解と化合（化学変化の種類）（説明と入口の問題）
この問題を解けるようになるまで（6 技能）
読み込み中…
右端（太枠）がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
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
実験 1 と実験 2 の結果をくらべて、石灰水をにごらせた気体がどこからきたかを考えよう。あわせて、酸化と還元の意味、金属の化学式の表し方を思い出そう。
ヒント 2
酸化銅と炭素を加熱すると、 の化学変化が起こる。酸素を失うのが還元、酸素と結びつくのが酸化であり、この 2 つは同時に起こる。
ヒント 3
実験 1 の結果から、酸化銅の熱分解を理由にする選択肢は除ける。原子の数が減るとする選択肢と、銅を分子とする選択肢も教科書の事実に合わない。残る 2 つのうち、どちらが酸素をうばわれ、どちらが酸素と結びついたかを確かめよう。
答えと解説
答えを見る
ウ
どこでつまずきましたか？（選ぶと、戻る場所を案内します）
解説を読む
実験 2 では、次の化学変化が起こっている。
赤色の物質は、こするとかがやき（金属光沢）、電気を通したことから金属の銅である。また、石灰水が白くにごったことから二酸化炭素が発生したことがわかる。酸化物から酸素をとり除く化学変化を還元、物質が酸素と結びつく化学変化を酸化という。酸化銅は炭素に酸素をうばわれて（還元されて）銅になり、炭素はその酸素と結びついて（酸化されて）二酸化炭素になった。このように、還元と酸化は同時に起こる。よって正解は ウ。
ほかの選択肢が誤りである理由:
- ア 酸化銅だけを加熱した実験 1 では、石灰水は変化せず、試験管の中も黒色のままだった。したがって、ふつうのガスバーナーの加熱では酸化銅は分解しない。また、酸素は石灰水を白くにごらせない。石灰水をにごらせたのは、炭素が酸化されてできた二酸化炭素である。
- イ 酸化と還元が逆になっている。炭素は酸素と結びついて二酸化炭素になり、酸化銅は酸素をうばわれて銅になった。
- エ 化学変化の前後で原子の種類と数は変わらない。質量が小さくなったのは、炭素原子と酸素原子が結びついてできた二酸化炭素が気体として試験管の外に出ていったからである。銅原子の数は変わらない。
- オ 銅のような金属は分子をつくらず、たくさんの銅原子が集まってできている。そのため、銅の化学式は元素記号を使って と表す。 のような分子はない。
なお、加熱をやめたあとにピンチコックでゴム管を閉じるのは、試験管に空気が入り、できた銅が再び酸素と結びついて酸化銅にもどるのを防ぐためである。
別解
実験 1 では酸化銅だけを加熱しても変化せず、石灰水も変化しなかったので、酸化銅は加熱だけでは分解しない。実験 2 では炭素と混ぜて加熱すると、赤色の銅ができ、石灰水が白くにごったので二酸化炭素が発生した。反応は 。酸化銅は還元され、炭素は酸化された。
- ア: 実験 1 で酸化銅だけでは石灰水が変化せず分解しないことから、誤り(また、酸素では石灰水はにごらない)。
- イ: 酸化銅が酸素をうばわれて銅になり、炭素が酸素と結びついて二酸化炭素になるので、文の内容が逆で誤り。
- ウ: 酸化銅は炭素に酸素をうばわれて銅になり(還元)、炭素は酸素と結びついて二酸化炭素になる(酸化)。正しい。
- エ: 質量が減ったのは、二酸化炭素が出ていったからで、原子の数は変わらない(質量保存の法則)。誤り。
- オ: 銅は分子をつくらず、銅原子が集まった物質で、化学式は Cu。 は誤り。
よって答えはウ。