図に示した装置を使って酸化銅(U)粉末を入れたステンレスの皿をガラス管に入れ,下から加熱しながら水素を通すと,次のような還元反応が起こって銅が生じる。

       CuO+H2→Cu+H2O

酸化銅(U)の質量をいろいろに変えて実験し,加熱後のステンレスの皿をふくめた銅の質量を調べたら,表のようになりました。次の各問いに答えなさい。

問1 実験に用いたステンレスの皿は何gですか。
問2 4.0gの酸化銅(U)のときは何gの銅が生じ
   ますか。
問3 7.0gの酸化銅(U)で実験し,反応が全部
   終わらない うちに加熱をやめ,ステンレスの
   皿ごと質量を測定したら10g でした。反応し
   ないで残った酸化銅(U)は何gですか。

ご質問: keiichiroさん(2003/2/15)

問1

酸化銅が水素によって還元されたという実験ですね。化合物の質量の比は一定であることを使います。関連ページ

この場合の酸化銅にふくまれる 酸化銅:銅 の質量比を求めてみましょう。
一定量の酸化銅からできる銅の質量さえわかれば、ステンレスの皿の質量は引き算でわかりますね。

表を見てみます。

「酸化銅の質量を1.5gふやしたら、還元後の銅が1.2gふえた」という結果でした。

酸化銅1.5gに対して銅の割合は1.2gであるといえますね。

酸化銅:銅=1.5(g):1.2(g)=5:4

酸化銅5に対して、銅は4の割合とわかりました。

どの回数のデータでもよいので、そのときの酸化銅に対する銅の質量を求めてみましょう。
ここでは1回目の「酸化銅2.0gのとき、銅とステンレスの皿は5.4g」というデータを使っていきます。

酸化銅2.0gからできる銅χgは 酸化銅:銅=2.0(g):χ(g)=5:4  比例式の解き方

これを解くと χ=1.6(g) となります。銅が1.6gだとわかったので、ステンレスの皿は

  5.4(g)−1.6(g)=3.8(g)  よって、ステンレスの皿の質量は3.8gですね。 関連ページ

問2

酸化銅:銅=5:4 が問1より求まっているので、問2は楽勝です。
酸化銅4.0gのときにできる銅の質量をygとすると、

酸化銅:銅=4.0(g):y(g)=5:4 この比例式を解くと、y=3.2(g)

よって、生じる銅の質量は3.2gとなります。

問3

このタイプの問題で「反応しなかった質量」を求めるときは反応に関係した酸素の質量に注目します。

まず、何gの酸素がうばわれたか計算しましょう。
10gのステンレス皿にのっている物質の質量は 10(g)−3.8(g)6.2(g) のはずですね。
7.0gの酸化銅が6.2gの「銅と酸化銅」になったのですから、

うばわれた酸素の質量は  7.0(g)−6.2(g)=0.8(g) です。

酸化銅の質量=銅の質量+うばわれた酸素の質量

ですから、酸化銅5に対して銅が4であるなら、酸素の質量の割合は1ですね。 酸化銅:銅:酸素=5:4:1

0.8gの酸素がzgの銅と結びついていたとすると、 銅:酸素=z(g):0.8(g)=4:1

この比例式を解くと z=3.2(g) となります。6.2gのうち、銅が3.2gなので、残りは反応しないで残った酸化銅です。

6.2(g)−3.2(g)=3.0(g) よって、3.0gの酸化銅が残ります。関連ページ

答え

問1 3.8g
問2 3.2g
問3 3.0g

※酸化銅(U)というのは中学で習う黒い酸化銅(CuO)のことで、正式には酸化第二銅といいます。
ちなみに酸化銅(T)である酸化第一銅(Cu2O)は赤色の結晶の粉末です。

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