物質量と化学反応式　章末問題

正解　4

得られた CaSO₄・2 H₂O の物質量は、\(\frac{8.6[g]}{172[g/mol]}\) = 0.050[mol]です。

この沈殿は、水溶液中の Ca²⁺ イオンと SO₄^2－ イオンから生成します。そのため十分な量の硫酸ナトリウムがある場合、Ca²⁺ イオン 1 mol から CaSO₄・2 H₂O の沈殿が 1 mol 得られます。

また、CaBr₂ は水溶液中で以下のように電離します。

CaBr₂　　→　　Ca²⁺　+　2 Br^－

そのため、CaBr₂ を 1 mol 溶かすと、2 mol の臭化物イオン Br^－ が水溶液中に存在します。

したがって、水溶液中の臭化物イオン Br^－ が 0.024 mol 存在したということは、CaBr₂を 0.012 mol 溶解させたとわかります。

CaBr₂ を 0.012 mol 溶かすと、CaSO₄・2 H₂O は 0.012 mol 沈殿します。

したがって沈殿物のうち 0.050[mol] – 0.012[mol] = 0.038[mol] が、CaCl₂ から生成したものです。

正解　5

NiO の式量は 75 です。そこで、1.5 g 中の NiO には Ni が

1.5[g] × \(\frac{59}{75}\) = 1.18[g]

含まれます。

はじめの合金は 6.0 g ですので、Ni の含有量は

\(\frac{1.18[g]}{6.0[g]}\) × 100 ≒ 20%

となります。

（別解）

1.5 g の NiO は \(\frac{1.5[g]}{75[g/mol]}\) = 0.020[mol] です。

NiO 1 mol には Ni が 1 mol 含まれているので、もとの合金には 0.020 mol の Ni がありました。

もとの合金にあった Ni は、59[g/mol] × 0.020[mol] = 1.18[g] です。

求める含有率は \(\frac{1.18[g]}{6.0[g]}\) × 100 ≒ 20%

正解　3

1　〇　 CO の分子量は 28 、 N₂ の分子量は 28 、 NO の分子量は 30 です。 CO と N₂ をどの比率で混合しても平均分子量は 28 で、 NO の分子量より小さいです。

同温・同圧・同体積の気体は、気体の種類によらず物質量は等しいです。したがって、分子量の大きい気体の方が質量は大きくなります。

2　〇　 CaCl₂ 1 mol が電離すると、Cl^－ イオンは 2 mol 生じます。

CaCl₂　　→　　Ca²⁺　+　2 Cl^－

ここではモル濃度が 0.10 mol/L の CaCl₂ 水溶液が 2.0 L あるので、Cl^－ の物質量は

0.10[mol/L] × 2.0[L] × 2 = 0.40[mol]

3　×　 H₂O の分子量は 18 であり、 18 g あるので物質量は 1 mol です。 CH₃OH の分子量は 32 であり、 32 g あるので物質量は 1 mol です。

H₂O 1 分子内に水素原子は 2 個あるので、 18 g の H₂O には水素原子が 2 mol あります。

CH₃OH 1 分子内に水素原子は 4 個あるので、 32 g の CH₃OH には水素原子が 4 mol あります。

4　〇　炭素を燃焼させたときの化学反応式は、次の通りです。

C　+　O₂　→　CO₂　

酸素が 1 mol 燃焼に使われると、CO₂ が 1 mol 発生します。

正解　2

仮にそれぞれの物質 1 mol を水に溶かし、1 L の水溶液として電離するとどうなるか示します。

①　K⁺ が 1 mol 、MnO₄^－ が 1 mol 水溶液の中に存在します。

②　Al³⁺ が 1 mol 、Cl^－ が 3 mol 水溶液の中に存在します。

③　NH₄⁺ が 1 mol 、NO₃^－ が 1 mol 水溶液の中に存在します。

④　Fe²⁺ が 1 mol 、SO₄^2－ が 1 mol 水溶液の中に存在します。

⑤　Ca²⁺ が 1 mol 、Cl^－ が 2 mol 水溶液の中に存在します。

ここで、陰イオンのモル濃度と価数の積が大きくなるものを探します。

②の　3 mol/L × 価数は 1 = 3 が最大です。

④は　1 mol/L × 価数は 2 = 2

⑤は　2 mol/L × 価数は 1 = 2

①と③は　 1 mol/L × 価数は 1 = 1

正解　1

炭酸イオン CO₃^2－ が 0.050 mol 存在するので、炭酸ナトリウム Na₂CO₃ も 0.050 mol あることがわかります。

炭酸ナトリウムのモル質量は 106 g/mol なので、0.050 mol の質量は

106[g/mol] × 0.050[mol] = 5.3[g]

混合物の残りが NaOH なので求める質量は

9.3 － 5.3 = 4.0[g]

正解　1

1　×　気体の水素分子は H₂ であり、分子量は 2.0 です。気体のヘリウム分子は He であり、分子量は 4.0 です。したがって、4 L の H₂ は 2 L の He と同じ重さです。

H₂ の質量 = \(\frac{4[L]}{22.4[L]}\) × 2.0[g/mol]

He の質量 = \(\frac{1[L]}{22.4[L]}\) × 4.0[g/mol]

4 L の水素 H₂ の方が、1 L のヘリウム He より重くなります。

2　〇　メタン CH₄ の分子量は 16 です。16 g のメタンの物質量は 1.0 mol になります。

メタン 1 分子に水素原子は 4 個あるので、メタン 1.0 mol には水素原子が 4.0 mol あります。

3　〇　水 100 g に塩化ナトリウム 25 g を溶かした溶液の質量は 125 g です。質量パーセント濃度は次のように計算できます。

\(\displaystyle\frac{25}{(100 + 25)}\) × 100 = 20%

4　〇　水溶液 100 mL に水酸化ナトリウム 4.0 g が溶けているので、この水溶液 1000 mL には水酸化ナトリウムが 40 g 溶けています。

4.0[g] × \(\displaystyle\frac{1000}{100}\) = 40[g]

水酸化ナトリウムの式量（モル質量）は 40 なので、水溶液のモル濃度は

\(\displaystyle\frac{40[g]}{40[g/mol]}\) = 1.0[mol/L]

正解　3

2.8 kg の青銅 A にはスズが 2.8 × \(\frac{4.0}{100}\) = 0.112[kg] 含まれます。

1.2 kg の青銅 B にはスズが 1.2 × \(\frac{30}{100}\) = 0.36[kg] 含まれます。

したがって、融解してできた 4.0 kg の青銅 C には、スズが

0.112 + 0.36 = 0.472[kg] = 472[g]

含まれています。

1.0 kg の青銅 C に含まれるスズの物質量は、スズのモル質量が 119 g/mol なので、

472[g] × \(\frac{1.0[kg]}{4.0[kg]}\) × \(\frac{1}{119[g/mol]}\) ≒ 0.99[mol]

正解　2

1.1 g 生成した CO₂ の分子量は 44 です。このなかの炭素原子の質量は、

1.1[g] × \(\frac{12}{44}\) = 0.30[g]

0.90 g 生成した H₂O の分子量は 18 です。このなかの水素原子の質量は、

0.90[g] × \(\frac{2.0}{18}\) = 0.10[g]

この有機化合物が完全燃焼した化学反応式は

有機化合物　+　O₂　　→　　CO₂　+　H₂O

となります。（係数の数値は無視しています。）

ある有機化合物は 0.80 g はじめにあったので、このなかにある酸素原子の質量は、

0.80 － ( 0.30 + 0.10 ) = 0.40[g]

なお、有機化合物に含まれていた元素があとは酸素だけとは書かれていませんが、完全燃焼後に残った化合物からわかります。

CO₂ と H₂O しか生成していないので、有機化合物には C と H と O だけが含まれていました。

これら 3 つの原子について、存在する質量を原子量で割ると有機化合物の組成式がわかります。

\(\frac{0.30}{12}\) ： \(\frac{0.10}{1.0}\) ： \(\frac{0.40}{16}\) = 0.025：0.10：0.025 = 1：4：1

つまり、CH₄O の整数倍がこの有機化合物の分子式です。

この原子の比率に合うのは、CH₃OH しかありません。

正解　3

反応式より Na 2 mol が反応すると、H₂ が 1 mol 生成することがわかります。

Na の原子量は 23 なので、Na のモル質量は 23 g/mol です。

グラフの横軸 0.23 g の位置は、Na の物質量が 0.01 mol にあたります。この Na 0.01 mol が反応したら、H₂ は 0.005 mol 生成します。

横軸 0.23 g のところから垂直に上を見ていくと、発生した H₂ の物質量が 0.005 mol となっている直線が正しい直線です。

直線③は Na が 0.23 g ( = 0.01 mol ) のとき、H₂ が 0.005 mol 生成していることを示します。

正解　3

水溶液の密度が 1.2[g/cm³] で 50[mL] あるので、この水溶液の質量は

1.2[g/cm³] × 50[cm³] = 60[g] です。

質量パーセント濃度が 20 % なので、この水溶液に溶けている MgCl₂ の質量は

60[g] × \(\frac{20}{100}\) = 12[g] です。

MgCl₂ のモル質量は 24 + 35.5 × 2 = 95[g/mol] となります。

したがって、水溶液中の MgCl₂ の物質量は

\(\frac{12[g]}{95[g/mol]}\) ≒ 0.126[mol] です。

MgCl₂を 1 mol 溶かすと水溶液中の塩化物イオン Cl^－ は 2 mol となるので、求める塩化物イオンの物質量は

0.126[mol] × 2 ≒ 0.25[mol] です。