LastUpDate 2017/07/13
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化学変化と質量3(発展)

次の2つの実験について各問に答えよ。

実験1
ビーカーの中にうすい塩酸を40cm3いれて質量を測ったら120.0gだった。
この中にマグネシウム2.4gを入れると気体が発生した。気体の発生が
止まった後、ビーカー全体の質量を測った。
マグネシウムの質量を 4.8g, 7.2g, 9.6g, 12.0gと変えて同様の実験を行った。
実験の結果をまとめたものが下の表である。
マグネシウムの質量(g)2.44.87.29.612.0
実験後のビーカー全体の質量(g)122.2124.4126.6128.9131.3
実験2
マグネシウムの粉末を10.0gのステンレス皿に入れ、ガスバーナーで加熱し、完全に酸化させた後に
皿全体の質量をはかった。表はその結果をまとめたものである。
加熱前のマグネシウムと皿の質量(g)10.610.911.211.511.8
加熱後の皿全体の質量(g)1111.51212.513.0

実験1について この実験の化学反応式を書きなさい。 この実験で使ったうすい塩酸40cm3と過不足なく反応するマグネシウムは何gか。 この実験で使ったものと同じ濃度のうすい塩酸80cm3にマグネシウム18.0gを 入れると何gの気体が発生するか。 この実験で使ったものと同じ濃度のうすい塩酸120cm3にマグネシウム24.0gを 入れると何gの気体が発生するか。

実験2について この実験の化学反応式を書きなさい。 マグネシウムは加熱後、何色になるか。 10.0gのステンレス皿に5.0gのマグネシウムをいれ、加熱したが完全に酸化せず 加熱後の皿全体の質量は17.2gだった。酸化せずに残っているマグネシウムは何gか。

実験1、2の結果から水素分子1個と酸素分子1個の質量比を求めよ。

(1)
化学変化に関係する物質の質量比は常に一定である。
マグネシウムと塩酸は何対何で反応し、それに対して塩化マグネシウムと水素がどれだけ発生するか。
この比を実験結果から導く。
実験結果の表を見るときに重要なのは発生する気体の質量である。

ビーカー+塩酸の質量は120.0gなのでこれにマグネシウム2.4gを入れると122.4gとなる。
これが1回めの実験前のビーカー全体の質量である。
実験後のビーカー全体の質量は122.2gなので発生した気体は0.2gである。
同様に各回の実験について表に表す。↓

ビーカー+塩酸120.0120.0120.0120.0120.0
マグネシウム2.44.87.29.612.0
実験前のビーカー全体122.4124.8127.2129.6132.0
実験後のビーカー全体122.2124.4126.6128.9131.3
発生した水素0.20.40.60.70.7

1回目に比べて2回目、2回目に比べて3回目、3回目に比べて4回目と発生する水素が増えているので、
1,2,3回目まではマグネシウムが全て溶けたことがわかる。
つまりマグネシウムと水素の比は2.4:0.2=12:1である。
4回目以降の実験で発生した水素が0.7gから増えていないので、塩酸40cm3
すべて使われた時に発生する水素が0.7gだとわかる。
マグネシウムと水素の比は12:1なので、水素0.7gが発生するときのマグネシウムをxとすると
12:1=x:0.7
x=8.4
したがって、塩酸40cm3とマグネシウム8.4gが過不足無く反応し水素0.7gが発生する。

①  マグネシウムに塩酸をかけると塩化マグネシウムになり、水素が発生する。
Mg+2HCl→H2+MgCl2

② 上記説明の通り 8.4g
 ③,④では塩酸とマグネシウムの比が40:8.4になっていないので
どちらがあまるのか確認し、マグネシウムが何g溶けるのか調べる。

③ 塩酸80cm3で溶かすことのできるマグネシウムをxとすると
40:8.4=80:x
x=16.8
つまり、80cm3の塩酸に、18.0gのマグネシウムを入れると
塩酸が全て使われ、マグネシウムは16.8g溶けて1.2gが溶け残る。
発生する水素をyとすると
12:1=16.8:y
y=1.4
④ 塩酸120cm3で溶かすことのできるマグネシウムをxとすると
40:8.4=120:x
x=25.2
つまり、120cm3の塩酸に、24.0gのマグネシウムを入れると
塩酸は全て使われず、マグネシウム24.0gがすべて溶ける。
そこで発生する水素をyとすると
12:1=24:y
y=2

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