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元素分析の方法

C・H・O からなる試料の元素分析で、酸化銅(II) の役割（試料を完全に酸化する）、水を塩化カルシウム・二酸化炭素をソーダ石灰に吸収させることとその順序（塩化カルシウムを先に通す）、酸素の質量を差し引きで求めることについての文の正誤を判定できる

前提

• 有機物・無機物と金属の性質 （中学理科 化学分野の用語と知識）
• 気体の製法・捕集方法・乾燥剤 （高校化学 無機物質（知識））

説明

なぜそうしてよいのか

手順

1. 文が装置のどの部分（酸化銅(II)・塩化カルシウム管・ソーダ石灰管・つなぐ順序・酸素の求め方）について述べているかを見分ける

2. 酸化銅(II) についての文なら、役割が「燃焼で生じた CO などを酸化して、試料を完全に ${\text{CO}}_2$ と ${\text{H}}_2\text{O}$ にする（酸化剤）」になっているかを確かめる

3. 吸収剤についての文なら、${\text{H}}_2\text{O}$ → 塩化カルシウム、${\text{CO}}_2$ → ソーダ石灰の対応になっているかを確かめる

4. 順序についての文なら、「塩化カルシウム管を先、ソーダ石灰管を後」になっているか、その理由が「ソーダ石灰は水も吸収するから」になっているかを確かめる

5. 酸素についての文なら、「試料の質量から C と H の質量を引いて求める」になっているかを確かめる

例題

よくある誤り

• 酸化銅(II) を吸収剤や乾燥剤だとしてしまう誤り。正しくは、$\text{CO}+\text{CuO}\to {\text{CO}}_2+\text{Cu}$ のように不完全燃焼の生成物を酸化して、試料中の C と H をすべて ${\text{CO}}_2$ と ${\text{H}}_2\text{O}$ に変える酸化剤としてはたらく。

• 吸収管の順序を「ソーダ石灰 → 塩化カルシウム」としてしまう誤り。正しくは、ソーダ石灰は ${\text{CO}}_2$ だけでなく ${\text{H}}_2\text{O}$ も吸収するので、先に塩化カルシウムで ${\text{H}}_2\text{O}$ だけを除き、その後でソーダ石灰に ${\text{CO}}_2$ を吸収させる。

• 塩化カルシウムで ${\text{CO}}_2$、ソーダ石灰で ${\text{H}}_2\text{O}$ を吸収するとしてしまう誤り。正しくは、塩化カルシウムは中性の乾燥剤で酸性の ${\text{CO}}_2$ を吸収しないので ${\text{H}}_2\text{O}$ 用、塩基性のソーダ石灰が酸性の ${\text{CO}}_2$ を吸収する。

• 酸素の質量を ${\text{CO}}_2$ や ${\text{H}}_2\text{O}$ に含まれる酸素の質量の和としてしまう誤り。正しくは、それらの酸素の一部は流した ${\text{O}}_2$ や $\text{CuO}$ から来ているので、試料中の酸素は（試料の質量）−（C の質量）−（H の質量）で求める。

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

• 難易度 1（教科書の例題レベル）

  炭素・水素・酸素からなる有機化合物の元素分析を行う。試料を乾燥した酸素を通しながら加熱し、酸化銅(II) を通して完全に燃焼させ、生じた気体を 2 本の吸収管 A・B にこの順に通す。吸収管 A で燃焼により生じた水だけを吸収させ、吸収管 B で二酸化炭素を吸収させて、それぞれの質量の増加から水と二酸化炭素の質量を求める。

  吸収管 A・B に詰める物質の組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

  	吸収管 A	吸収管 B
  ア	ソーダ石灰	塩化カルシウム
  イ	酸化銅(II)	ソーダ石灰
  ウ	塩化カルシウム	ソーダ石灰
  エ	塩化カルシウム	酸化銅(II)

この技能を使う問題

• 難易度 2（教科書の章末問題レベル）

  有機化合物の特徴・分類と元素分析について述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。ただし、ここでの元素分析は、炭素・水素・酸素からなる試料を乾燥した酸素の中で完全燃焼させ、生じた気体を 2 本の吸収管に通して、それぞれの吸収管の質量の増加を測る方法とする。

  • ア　元素分析では、燃焼で生じた気体を、まずソーダ石灰を詰めた吸収管に通し、次に塩化カルシウムを詰めた吸収管に通す。
  • イ　有機化合物の多くは分子からなる物質であり、イオン結晶からなる塩化ナトリウムなどの無機物質に比べて、融点の低いものが多い。
  • ウ　エタノールとジメチルエーテルは同じ分子式 ${\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_6\mathrm{O}$ をもち、どちらも官能基としてヒドロキシ基をもつ。
  • エ　アセトアルデヒドなどのアルデヒドに共通する官能基は、カルボキシ基 $-\mathrm{COOH}$ である。
• 難易度 3（共通テストレベル）

  炭素・水素・酸素からなる有機化合物の元素分析と、有機化合物の特徴について述べた文として正しいものを、次のア〜カからすべて選べ。ただし、元素分析では、乾燥した酸素を送りながら試料を完全燃焼させ、生じた気体を 2 本の吸収管に通して、それぞれの吸収管の質量の増加を測定するものとする。

  • ア　燃焼で生じた水は塩化カルシウムに、二酸化炭素はソーダ石灰に吸収させる。
  • イ　燃焼で生じた気体は、ソーダ石灰を詰めた管を先に通し、そのあと塩化カルシウムを詰めた管に通す。
  • ウ　燃焼管に酸化銅(II) を入れておくのは、試料を還元して炭素と水素を取り出しやすくするためである。
  • エ　試料に含まれる酸素の質量は、試料の質量から、求めた炭素と水素の質量を引いて求める。
  • オ　アルコールは分子中にヒドロキシ基をもつので、その水溶液は塩基性を示す。
  • カ　有機化合物には、無機化合物に比べて融点や沸点が低く、水に溶けにくく有機溶媒に溶けやすいものが多い。