化学変化とイオンの問題

うすい塩酸に亜鉛板と銅板を離して入れ、2 枚の板を導線と電子オルゴールでつないだところ、電子オルゴールが鳴り、銅板の表面から水素が発生した。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 $\mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}$ になり、塩酸中にとけ出した。亜鉛板から出た電子は導線を通って銅板へ移動し、銅板の表面で塩酸中の水素イオン ${\mathrm{H}}^{+}$ が電子を 1 個ずつ受けとって水素原子になり、水素原子が 2 個結びついて水素分子 ${\mathrm{H}}_2$ になった。

イオンや分子の数を、モデルとして小さな数で考える。この電池で、亜鉛板から亜鉛原子が $15$ 個とけ出したとき、銅板の表面で発生した水素分子は何個ですか。

ただし、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、銅板で水素イオンが受けとるものとする。

硫酸亜鉛水溶液に亜鉛板を、硫酸銅水溶液に銅板を入れ、2 つの水溶液をセロハンで仕切ってダニエル電池をつくった。亜鉛板と銅板を導線でつなぎ、しばらく電流を流したところ、亜鉛板の質量が $1.30\mathrm{g}$ 減少した。

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 $\mathrm{Z}{\mathrm{n}}^{2+}$ となってとけ出し、銅板では銅イオン $\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}$ が電子を 2 個受け取って銅原子となって付着した。亜鉛板で減少した質量はすべてとけ出した亜鉛の質量、銅板で増加した質量はすべて付着した銅の質量であるとする。また、亜鉛原子 1 個と銅原子 1 個の質量の比を $65:64$ とする。

銅板の質量は何 g 増加したか。

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。

うすい塩酸と水酸化ナトリウム水溶液の中のイオンを、モデルで考えます。うすい塩酸 $10\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ の中には水素イオン ${\mathrm{H}}^{+}$ が $20$ 個と塩化物イオン $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$ が $20$ 個ふくまれ、水酸化ナトリウム水溶液 $10\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ の中にはナトリウムイオン $\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$ が $15$ 個と水酸化物イオン $\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{-}$ が $15$ 個ふくまれているとします。

このうすい塩酸 $10\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ に、水酸化ナトリウム水溶液 $10\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ を加えてよく混ぜました。混ぜたあとの水溶液にふくまれるイオンの数の合計は何個ですか。ただし、塩酸中の塩化水素と水酸化ナトリウム水溶液中の水酸化ナトリウムはすべて電離しており、中和によってできた水はイオンに分かれないものとします。

水に少量の水酸化ナトリウムをとかした水溶液を電気分解装置に入れて電流を流すと、水が電気分解されて、陰極から水素、陽極から酸素が発生します。このとき、発生する水素と酸素の体積の比は $\text{水素}:\text{酸素}=2:1$ です。

しばらく電流を流したところ、陰極側に集まった水素の体積は $12\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ でした。このとき陽極側に集まった酸素の体積は何 $\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ ですか。ただし、発生した気体は水にとけず、すべて集められたものとします。