R２年度第１回高認化学基礎大問４解説

大問４【物質量と化学反応式】

問１【化学反応式】

　原子量は$\mathrm{H} = 1.0$、$\mathrm{N} = 14$とし、標準状態は０℃、$1.01 \times 10^5$Paとする。
$\mathrm{N_2 + 3H_2 \longrightarrow 2NH_3}$
この化学反応はすべて過不足なく反応するものとする。
・窒素分子１molと水素分子３molが反応すると、アンモニア分子が２mol生成する。

問２【物質量】

　原子量は$\mathrm{H} = 1.0$、$\mathrm{O} = 16$とし、標準状態は０℃、$1.01 \times 10^5$Pa、アボガドロ定数を$6.0 \times 10^{23}$/molとする。
・1.0molの水分子$\mathrm{H_2 O}$に含まれる水分子の数は、$6.0 \times 10^{23}$個である。（よって、間違っている。×）
・1.0molの水素分子$\mathrm{H_2}$の体積は、標準状態で22.4Lである。（よって、間違っている。×）
・標準状態の酸素22.4Lに含まれる酸素分子$\mathrm{O_2}$の数は、$6.0 \times 10^{23}$個である。（よって、間違っている。×）
・標準状態で、1.0molの水素分子$\mathrm{H_2}$の体積と1.0molの酸素分子$\mathrm{O_2}$の体積は同じである（22.4L）。（よって、間違っている。×）
・1.0molの水分子$\mathrm{H_2 O}$の質量は$1 \times 2 + 16 = 2 + 16 = 18$gである。（正しい。○）

問３【塩化ナトリウム水溶液の物質量】

　原子量は$\mathrm{Na} = 23$、$\mathrm{Cl} = 35.5$とし、アボガドロ定数を$6.0 \times 10^{23}$/molとする。
次のア～ウは、0.10mol/L塩化ナトリウム水溶液1.0Lについての記述である。
ア　塩化ナトリウム（$\mathrm{NaCl}$）が$(23 + 35.5) \times 0.1 = 58.5 \times 0.1 = 5.85$g溶けている。（正しい。○）
イ　塩化物イオンが$6.0 \times 10^{23} \times 0.1 = 6.0 \times 10^{23} \times 10^{-1} = 6.0 \times 10^{22}$個含まれている。（よって、間違っている。×）
（$\mathrm{NaCl \longrightarrow Na^+ + Cl^-}$）
ウ　塩化ナトリウム0.10molに、水を加えて1.0Lにする。（よって、間違っている。×）

問４【マグネシウムと塩酸の反応】

　原子量は$\mathrm{Mg} = 24$とし、標準状態は０℃、$1.01 \times 10^5$Paとする。　
長さが20cmのマグネシウムリボン（$\mathrm{Mg}$）の質量を正確に測定したところ0.24gであった（$\dfrac{0.24}{24} = \dfrac{24}{2400} = \dfrac{1}{100} = 0.01$mol）。
このマグネシウムリボンに1.0mol/Lの塩酸（$\mathrm{HCl}$）を少量ずつ加えたところ水素が発生し、20mL（$1 \times \dfrac{20}{1000} = 1 \times \dfrac{1}{50} = \dfrac{1}{50} = 0.02$mol）まで加えたところ反応が終了した。
発生した水素を水上置換法で捕集し、体積を標準状態で測定した。
次のグラフは、加えた塩酸の体積と発生した水素の体積（$22.4 \times 1000 \times 0.01 = 224$mL）の関係を表したものである。
　$\mathrm{Mg + 2HCl \longrightarrow MgCl_2 + H_2}$

　次に、長さが20cmで質量が0.24gのマグネシウムリボンを正確に10cmに切り分け（$0.01 \div 2 = 0.005$mol）、この10cmのマグネシウムリボンに1.0mol/Lの塩酸を少量ずつ20mL（0.02mol）まで加えた。

このとき、加えた塩酸の体積と発生した水素の体積（$22.4 \times 1000 \times 0.005 = 112$mL）の関係を表すグラフは、次のグラフである。

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