黒色の酸化銀を試験管に入れて加熱すると、酸化銀は銀と酸素に分解し、酸素は試験管の外に出ていき、白っぽい銀が残ります。
酸化銀 を、それ以上質量が変化しなくなるまで十分に加熱したところ、残った銀の質量は でした。
同じ酸化銀 を、それ以上質量が変化しなくなるまで十分に加熱すると、残る銀の質量は何 g ですか。
熱分解・還元で残る物質の質量
酸化銀・炭酸水素ナトリウムの熱分解や酸化銅の還元で、反応前の物質と残る固体の質量の比を使い、残る物質や出ていく気体の質量を求められる
前提
- 結びつく物質の質量の比 （中学理科 化学変化と原子・分子）
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- 質量保存の法則 （中学理科 化学変化と原子・分子）
- 結びつく物質の質量の比 （中学理科 化学変化と原子・分子）
説明
酸化銀を加熱すると銀と酸素に分かれ、炭酸水素ナトリウムを加熱すると炭酸ナトリウム・水・二酸化炭素に分かれます。また、酸化銅を炭素で還元すると、酸化銅から酸素がうばわれて銅が残ります。これらの反応では、反応前の物質の質量と、あとに残る固体の質量がいつも決まった比になっています。この技能を使うと、その比を使って、ある質量の物質を反応させたときに残る固体の質量や、出ていく気体（または、うばわれる酸素）の質量を求められます。
なぜそうしてよいのか
銅の酸化では、銅と結びつく酸素の質量が銅の質量に比例しました。熱分解や還元は、いわばその逆向きの反応です。たとえば酸化銅は銅：酸素 の比でできているので、酸化銅 5 g の中には銅 4 g と酸素 1 g が含まれています。還元で酸素が全部うばわれれば、酸化銅 5 g から銅 4 g が残ります。酸化銅の質量が 2 倍になれば中の銅も酸素も 2 倍になるので、反応前の物質：残る固体 という比はいつも変わりません。同じように、酸化銀の熱分解で「酸化銀 2.9 g を加熱しきると銀が 2.7 g 残る」とわかれば、酸化銀：銀 、つまり の比がいつでも成り立ちます。
質量保存の法則を使うと、反応前の物質と残る固体の質量の差が何を表すかもわかります。ただし、その意味は反応によってちがうので注意します。
- 酸化銀の熱分解: 酸化銀 → 銀 + 酸素。差は、気体として出ていった酸素の質量です。上の例なら g で、酸化銀：銀：酸素 の比で考えられます。
- 酸化銅の還元（炭素を使う）: 酸化銅 + 炭素 → 銅 + 二酸化炭素。酸化銅と銅の質量の差は、酸化銅からうばわれた酸素の質量です。この酸素は炭素と結びついて二酸化炭素になって出ていくので、出ていく気体（二酸化炭素）の質量は、うばわれた酸素の質量に使われた炭素の質量を加えたものになり、酸化銅と銅の差とは等しくありません。
- 炭酸水素ナトリウムの熱分解: 炭酸水素ナトリウム → 炭酸ナトリウム + 水 + 二酸化炭素。試験管に残る固体は炭酸ナトリウムで、炭酸水素ナトリウムと炭酸ナトリウムの質量の差は、二酸化炭素と水を合わせた質量です（二酸化炭素は気体として出ていき、水は試験管の口付近に液体としてたまります）。差を「二酸化炭素だけの質量」とは考えません。
どの反応でも、反応前の物質と残る固体の質量の比、そして差の質量との比は一定なので、比例の計算で別の量の場合を求められます。
手順
問題文や実験結果から、反応前の物質の質量と、反応しきったあとに残る固体の質量の組を読み取る（例: 酸化銀 2.9 g → 銀 2.7 g）。
反応の種類を確かめ、差が何の質量かを決める。酸化銀なら出ていく酸素、酸化銅の還元なら酸化銅からうばわれた酸素、炭酸水素ナトリウムなら二酸化炭素と水を合わせた質量（例: g の酸素）。
反応前の物質：残る固体：差の質量 の比を書く（例: ）。
求めたい場合の反応前の物質の質量に合わせて比例の計算をし、残る固体または差にあたる質量を求める（例: 酸化銀 g から出る酸素は g）。
例題
酸化銀 2.9 g を試験管に入れ、気体が出なくなるまでじゅうぶんに加熱したところ、試験管の中には銀が 2.7 g 残った。同じようにして、酸化銀 8.7 g をじゅうぶんに加熱して完全に分解したとき、出ていく酸素の質量は何 g か求めよ。
例題の解答
手順 1: 酸化銀 2.9 g から銀 2.7 g が残る。
手順 2: 酸化銀の熱分解では、酸化銀が銀と酸素に分かれ、酸素は気体として出ていく。質量保存の法則より、出ていった酸素の質量は g である。
手順 3: 酸化銀：銀：酸素 の比が成り立つ。
手順 4: 酸化銀 8.7 g は 2.9 g の 倍なので、出ていく酸素も 3 倍で g である。（残る銀は g で、 g と確かめられる。）
答え:
よくある誤り
残った固体の質量を、出ていった気体の質量と取り違える誤り。酸化銀 8.7 g から出る酸素を、残った銀の量から g とするのは誤り。正しくは出ていく酸素は差の g をもとにして g である。
比の相手を取り違える誤り。酸素の量を「銀 2.7 g あたり 0.2 g」として、酸化銀 8.7 g に をかけてしまうのは誤り。正しくは、酸化銀の質量に対しては酸化銀：酸素 の比を使い、 g となる。
酸化銅の還元で、残る銅を酸化銅の質量の としたり、酸化銅と銅の差を出ていく二酸化炭素の質量としたりしてしまう誤り。銅：酸素 は酸化銅：銅の比ではなく、正しくは酸化銅：銅 なので、酸化銅 10 g から残る銅は g。差の g はうばわれた酸素の質量で、二酸化炭素の質量ではない。
炭酸水素ナトリウムの熱分解で、質量の減少をすべて二酸化炭素の質量としてしまう誤り。正しくは、炭酸水素ナトリウムと残った炭酸ナトリウムの質量の差は、二酸化炭素と水を合わせた質量である。
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
この技能を使う問題
黒色の酸化銀を試験管に入れて加熱すると、酸化銀は銀と酸素に分解し、試験管には白っぽい銀が残る。酸化銀 を質量が変化しなくなるまで十分に加熱したところ、試験管に残った銀の質量は であった。
同じ方法で酸化銀 を十分に加熱して完全に分解させたとき、試験管に残る銀の質量は何 g ですか。ただし、発生した酸素はすべて試験管の外に出ていくものとする。
酸化銅と炭素の粉末の混合物を試験管に入れて加熱すると、酸化銅は炭素によって還元されて銅になり、二酸化炭素が発生する。この反応について、次の実験を行った。
実験 1: 酸化銅 に、炭素の粉末をそれぞれ 、、、、 加えてよく混ぜ、反応が終わるまで十分に加熱した。加熱後に試験管に残った固体の質量は、それぞれ 、、、、 であった。
実験 2: 酸化銅 に炭素の粉末 を加えてよく混ぜ、実験 1 と同じように反応が終わるまで十分に加熱した。
ただし、炭素は酸化銅の酸素とだけ結びついて二酸化炭素になり、発生した二酸化炭素はすべて試験管の外に出ていくものとする。また、反応しなかった酸化銅や炭素は変化せずに試験管に残り、できた銅は空気中の酸素と結びつかないものとする。
実験 2 で、加熱後の試験管に残った固体のうち、銅の質量は何 g ですか。
酸化銅と炭素の粉末の混合物を試験管に入れて加熱すると、酸化銅は炭素によって還元されて銅になり、二酸化炭素が発生する。この反応について、次の実験を行った。
実験 1: 酸化銅 と炭素 をよく混ぜて加熱したところ、酸化銅と炭素はどちらも過不足なく反応し、試験管には銅 だけが残った。
実験 2: 酸化銅 に、質量のわからない炭素の粉末を混ぜて加熱した。反応が終わったとき、炭素はすべて反応してなくなっており、試験管に残った固体の質量は であった。
実験 2 で試験管に残った固体のうち、銅の質量は何 g ですか。
ただし、発生した気体はすべて試験管の外に出ていき、炭素は酸化銅の酸素とだけ反応するものとします。また、反応する物質と生じる物質の質量の比は、つねに実験 1 と同じであり、できた銅は空気中の酸素と反応しないものとします。
炭酸水素ナトリウムを加熱すると、炭酸ナトリウム・水・二酸化炭素に分解する。この反応について、次の実験を行った。ただし、発生した水と二酸化炭素はすべて試験管の外に出ていき、試験管内には固体だけが残るものとする。
実験 1: 炭酸水素ナトリウム を試験管に入れ、質量が変化しなくなるまで十分に加熱したところ、試験管内に残った固体（炭酸ナトリウム）の質量は であった。
実験 2: 炭酸水素ナトリウム を別の試験管に入れて加熱し、途中で加熱をやめたところ、試験管内に残った固体の質量は であった。このとき、試験管内の固体は、まだ分解していない炭酸水素ナトリウムと、分解してできた炭酸ナトリウムの混合物であった。
実験 2 で加熱をやめたとき、試験管内の固体にふくまれていた炭酸ナトリウムの質量は何 g ですか。
酸化銅を水素の中で加熱すると、酸化銅は水素によって還元されて銅になり、水ができる。この反応を使って、次の実験を行った。ただし、できた水はすべて気体となって外に出ていき、加熱した皿の上には固体だけが残るものとする。
実験 1: 酸化銅 を水素の中で、質量が変化しなくなるまで十分に加熱したところ、酸化銅はすべて銅になり、残った銅の質量は であった。
実験 2: 銅の粉末と酸化銅の粉末がまざった混合物 を、実験 1 と同じように水素の中で質量が変化しなくなるまで十分に加熱したところ、酸化銅はすべて銅になり、残った銅の質量は であった。
実験 2 の混合物 にふくまれていた銅（はじめから銅であったもの）の質量は何 g ですか。ただし、はじめから混合物にふくまれていた銅は、水素の中で加熱しても変化しないものとする。
炭酸水素ナトリウムを加熱すると、炭酸ナトリウム・水・二酸化炭素に分解する。一方、炭酸ナトリウムは、この実験で行う程度の加熱では変化しない。これらの物質を使って、次の実験を行った。ただし、発生した水と二酸化炭素はすべて試験管の外に出ていき、試験管内には固体だけが残るものとする。
実験 1: 炭酸水素ナトリウム を試験管に入れ、質量が変化しなくなるまで十分に加熱したところ、試験管内に残った炭酸ナトリウムの質量は であった。
実験 2: 炭酸水素ナトリウムと炭酸ナトリウムがまざった白い粉末 を試験管に入れ、質量が変化しなくなるまで十分に加熱したところ、試験管内に残った固体の質量は であった。
実験 2 で使った粉末 にふくまれていた炭酸ナトリウムの質量は何 g ですか。
酸化銀を加熱すると、銀と酸素に分解する。この反応について、次の実験を行った。ただし、発生した酸素はすべて試験管の外に出ていき、試験管内には固体だけが残るものとする。
実験 1: 酸化銀 を試験管に入れ、質量が変化しなくなるまで十分に加熱したところ、試験管内には銀だけが残り、その質量は であった。
実験 2: 酸化銀 を別の試験管に入れて加熱し、途中で加熱をやめた。試験管内に残った固体（分解していない酸化銀と、できた銀の混合物）の質量は であった。
実験 2 で分解した酸化銀の質量は、はじめの酸化銀 の何 % ですか。
炭酸水素ナトリウムを加熱すると、炭酸ナトリウム・水・二酸化炭素に分解する。一方、炭酸ナトリウムはこの実験の加熱では変化しない。次の実験を行った。ただし、どの実験でも加熱は質量が変化しなくなるまで行い、発生した水と二酸化炭素はすべて試験管の外へ出ていき、試験管に残るのは炭酸ナトリウムだけになるものとする。
実験 1: 炭酸水素ナトリウム を試験管に入れて加熱すると、試験管に残った炭酸ナトリウムの質量は であった。
実験 2: 炭酸水素ナトリウムと炭酸ナトリウムをよく混ぜた混合物 を試験管に入れて加熱すると、試験管に残った物質の質量は であった。
実験 2 で、加熱する前の混合物にふくまれていた炭酸ナトリウムの質量は何 g ですか。
酸化銀と銅を使って、次の実験を行った。どの実験でも、加熱は質量が変化しなくなるまでくり返し行った。
実験 1: 酸化銀 を空気中で加熱すると、酸化銀はすべて銀と酸素に分解し、残った銀の質量は であった。
実験 2: 銅の粉末 を空気中で加熱すると、銅はすべて空気中の酸素と結びついて酸化銅になり、その質量は であった。
実験 3: 酸化銀の粉末と銅の粉末をよく混ぜた混合物 をステンレス皿にうすく広げ、空気中で加熱した。酸化銀はすべて銀に、銅はすべて酸化銅になり、加熱後の皿の上の固体の質量は であった。
ただし、銀は空気中の酸素と結びつかず、酸化銀から出た酸素はすべて空気中に出ていくものとする。また、加熱によって皿の上から固体が失われることはないものとする。実験 3 の混合物にふくまれていた銅の質量は何 g ですか。