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化学変化とイオン及び化学変化と原子・分子に関する(1)~(3)の問いに答えなさい。 |
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(1) 図５のように、ビーカー内の硫酸亜鉛水溶液に |
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硫酸銅水溶液が入ったセロハンの袋を入れ、硫酸亜 |
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鉛水溶液の中に亜鉛板を、硫酸銅水溶液の中に銅板 |
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を入れて電池をつくる。この電池の、亜鉛板と銅板 |
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に光電池用のモーターを接続すると、光電池用のモ |
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ーターは回転した。 |
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図５の電池のしくみを理解したRさんとSさんは、 |
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光発電用モーターの回転を速くする方法について話 |
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している。このとき、次の①~③に答えなさい。 |
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Rさん ： ａ
図５の電池は、金属のイオンへのなりやすさによって、銅板と亜鉛板で起 |
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こる反応が決まっていたよね。 |
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Sさん ： そうだね。光電池用のモーターの回転の速さは、使用した金属のイオンへの |
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なりやすさと関係していると思うよ。 |
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Rさん ： 銅は変えずに、亜鉛を、亜鉛よりイオンになりやすいマグネシウムに変えて |
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試してみよう。そうすれば、光電池用モーターの回転が速くなりそうだね。 |
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Sさん ： 金属板の面積を大きくしても、電子を放出したり受け取ったりする場所が増 |
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えて、光電池用モーターの回転が速くなりそうだね。 |
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Rさん ： なるほど
b 図５の亜鉛板と硫酸亜鉛水溶液を、マグネシウム板と硫酸マグ |
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ネシウム水溶液に変えて、銅板、マグネシウム板の面積を、図５の、銅板、亜 |
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鉛板の面積よりも大きくして、光発電用モーターの回転が速くなるか調べてみ |
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よう。 |
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① 硫酸銅や硫酸亜鉛は、電解質であり、水に溶けると陽イオンと陰イオンに分かれる。電解質 |
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検索 |
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電解質 |
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が水に溶けて陽イオンと陰イオンに分かれることは何とよばれるか。その名称を書きなさい。 |
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塩化銅 水溶液 |
電解質 電流 |
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② 下線部 ａ の銅板で起こる化学変化を、電子１個を e- として、化学反応式で表すと、 |
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Cu2＋ ＋ 2e- ➞ Cu となる |
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ａ 下線部ａの銅板で起こる化学変化を表した化学反応式を参考にして、下線部 a の亜鉛板 |
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で起こる変化を化学反応式で表しなさい。 |
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b 次のア~エの中から、図５の電池における、電極と電子の移動について、適切に述べれい |
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るものを１つ選び、記号で答えなさい。 |
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ア 銅板は＋極であり、電子は銅板から導線を通って亜鉛板へ移動する。 |
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イ 銅板は＋極であり、電子は亜鉛板から導線を通って銅板へ移動する。 |
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ウ 亜鉛板は＋極であり、電子は銅板から導線を通って亜鉛板へ移動する。 |
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エ 亜鉛板は＋極であり、電子は亜鉛板から導線を通って銅板へ移動する。 |
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③ 下線部 b の方法で実験を行うと、発電用モータの回転が速くなった。しかし、この実験の |
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検索 |
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金属 イオン |
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ダニエル 電池 |
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結果だけでは、光電池用モーターの回転の速さは使用した金属のイオンへのなちやすさと関 |
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係しれいることが確認できたとはいえない。その理由を簡単に書きなさい。ただし、硫酸銅 |
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水溶液、硫酸亜鉛水溶液、硫酸マグネシウム水溶液の濃度と体積は、光電池用モーターの回 |
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転が速くなったことには影響していないものとする。 |
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(2) |
Sさんは、水素と酸素が反応することで電気が発生する燃料電池に興味を持ち、燃料電池 |
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について調べた。資料1は、燃料電池で反応する水素と酸素の体積比を調べるために、Sさん |
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が行った実験結果をまとめたレポートの一部を示したものである。 |
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試料1 |
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準備 燃料電池、タンクP、タンクQ、光電池用モーター |
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実験 図6のように、タンクPに気体の水素8cm3を、タンク |
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Qに気体の酸素2cm3をいれ、水素と酸素を反応せせる。 |
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燃料電池に接続した光電池用モーターの回転が終わっ |
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てから、タンクP、Qに残っている気体の体積を、それ |
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ぞれ測定する。その後、タンクQに入れる気体の酸素 |
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を4cm3、６cm3、８cm3に変えて、同様の実験を行う。 |
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結果 |
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表3のようになった。 |
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表3から、反応する水素と |
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表３ |
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酸素の体積比は、２：１である。 |
入れた水素の体積(cm3） |
8 |
8 |
8 |
8 |
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入れた酸素の体積(cm3） |
2 |
4 |
6 |
8 |
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残った水素の体積(cm3） |
4 |
0 |
0 |
0 |
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残った酸素の体積(cm3） |
0 |
0 |
2 |
4 |
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① この実験で用いた水素は、水を電気分解して発生させたが、ほかの方法でも水素を発生さ |
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せることができる。次のア~エから、水素が発生する反応として適切なものを一つ選び、記 |
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号で答えなさい。 |
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ア 酸化銀を試験管に入れて加熱する。 |
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イ 酸化銀と炭素を試験管に入れて加熱する。 |
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ウ 硫酸と水酸化バリウム水溶液をまぜる。 |
エ 塩酸にスチールウール(鉄)を入れる。 |
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② 燃料電池に接続した光電池用モーターが回転しているとき、反応 |
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50 |
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する水素と酸素の体積比は、２：１ であり、水素が1cm3が減少す |
が |
光 |
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るのにかかる時間は5分であった。表３をもとにした、タンクPに入 |
回 |
電 |
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れる水素の体積を８cm3にしたときの、タンクQに入れる酸素の体積 |
転 |
池 |
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と光電池用モーターが回転する時間の関係を表すグラフを、図７に |
す |
用 |
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かきなさい。ただし、光電池用のモーターが回転しているとき、水素 |
る |
モ |
25 |
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は一定の割合で減少していくものとする。 |
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時 |
｜ |
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間 |
タ |
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｜ |
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(分) |
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0 |
2 |
6 |
8 |
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タンクQに入れる |
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酸素の体積(cm3) |
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(3) 図８のように、ポリエチレンの袋の中に、同じ体積の、水素と空 |
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水素の体積 |
a |
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気を入れて密閉し、点火装置で点火すると、水素と酸素が２：１の |
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空気の体積 |
a |
同じ体積 |
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体積の割合で反応し、水が発生した。反応後、ポリエチレンの袋の |
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酸素の体積 |
b |
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中に残った気体の温度が点火前の気体の温度と等しくなるまでポリ |
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窒素の体積 |
a-b |
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エチレンの袋を放置したところ、発生した水はすべて液体になり、 |
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ポリエチレンの袋の中に残った気体の体積は28cm3になった。ポリエ |
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酸素：水素 1：2 |
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b:a=1:2 |
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(※ ａ 水素が十分にある） |
化学変化 |
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チレンの袋の中の酸素はすべて反応したとすると、反応後にポリエ |
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酸素：窒素 １：４ |
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b:(a-b)=1:4 |
a-b=4b |
a=5b |
(※ 空気の成分） |
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チレンの袋の中に残っている水素の体積は何cm3であると考えられ |
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るか。計算して答えなさい。ただし、空気には酸素と窒素だけが含まれており、窒素と酸素は |
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残った水素 |
a-2b |
(※ ａ､2b もとの水素ｰ使用した水素） |
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４：１の体積比で混ざっているものとする。また、水素と酸素の反応以外の反応は起こらない |
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ものとする。 |
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残った水素＋窒素＝28 |
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(a-2b)+(a-b)=28 |
(※ aｰb 使わない窒素） |
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(a-2b)+(a-b)=28 |
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水素 |
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20 |
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(※ 水素と空気は同体積） |
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a=5b |
5b-2b+5b-b=28 |
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空気 |
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20 |
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(※ 窒素＋酸素） |
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7b=28 |
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酸素 |
ｂ |
4 |
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b=4 |
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窒素 |
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16 |
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(※ 窒素は酸素の4倍） |
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使われた水素 |
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8 |
cm3 |
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(※ 水素は酸素の２倍) |
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残った水素 |
20-8 |
cm3 |
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残った水素 |
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12 |
cm3 |
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タブレット使用(例） |
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水素、空気の体積を同量(体積が等しい)反応させ（水を作り）、 |
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残った気体の体積から、残っている水素の量を求める方法を示す。 |
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残っている気体の体積 |
残っている水素 |
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入力 |
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表示 |
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28 |
cm3 |
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12 |
cm3 |
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式 |
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4 |
使用した酸素の量 |
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=Y106/7 |
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16 |
空気に含まれる窒素の量 |
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=AN107*4 |
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20 |
空気の体積 |
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=AN107+AN108 |
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12 |
残っている水素 |
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=AN109-2*AN107 |
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