【旧センター試験化学】2019追試 第3問 問5 アルミニウムの溶融塩電解 - 質問解決D.B.(データベース)

【旧センター試験化学】2019追試 第3問 問5 アルミニウムの溶融塩電解

問題文全文(内容文):
酸化アルミニウムAl₂O₃を原料とした融解塩電解(溶融塩電解)によるアルミニウムAlの製造は,図1のような装置で行われ,陽極の炭素Cは次の反応のいずれかにより酸化される。

C + O²⁻ → CO + 2e⁻
C + 2O²⁻ → CO₂ + 4e⁻

陽極で発生した気体が,CO 14 kgとCO₂ 66 kgの混合気体のとき,陰極側に生成した金属Alの質量は何kgか。最も適当な数値を,下の①~⑥のうちから一つ選べ。ただし,酸化アルミニウムを融解させるために添加された氷晶石の質量は変化せず,反応した酸化アルミニウムに含まれる酸素は,すべて陽極の炭素の酸化に使用されたものとする。

① 18
② 27
③ 32
④ 45
⑤ 54
⑥ 63
単元: #化学#無機#大学入試過去問(化学)#酸化還元反応#理科(高校生)#センター試験
指導講師: ぺんぎん高校化学問題集
問題文全文(内容文):
酸化アルミニウムAl₂O₃を原料とした融解塩電解(溶融塩電解)によるアルミニウムAlの製造は,図1のような装置で行われ,陽極の炭素Cは次の反応のいずれかにより酸化される。

C + O²⁻ → CO + 2e⁻
C + 2O²⁻ → CO₂ + 4e⁻

陽極で発生した気体が,CO 14 kgとCO₂ 66 kgの混合気体のとき,陰極側に生成した金属Alの質量は何kgか。最も適当な数値を,下の①~⑥のうちから一つ選べ。ただし,酸化アルミニウムを融解させるために添加された氷晶石の質量は変化せず,反応した酸化アルミニウムに含まれる酸素は,すべて陽極の炭素の酸化に使用されたものとする。

① 18
② 27
③ 32
④ 45
⑤ 54
⑥ 63
備考:図は動画参照
投稿日:2024.11.14

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単元: #化学#化学理論#電池と電気分解#理科(高校生)
指導講師: ぺんぎん高校化学問題集
問題文全文(内容文):
原子量 $H=1.00, O=16.0, S=32.0, Cu=64.0.$
ファラデー定数$ 9.65×10^4C/mol$

代表的な二次電池である鉛蓄電池は、
放電と充電の反応を1つの式で表すと次のようになる。
$Pb + PbO_2 + 2H_2SO_4→2PbSO_4 + 2H_2O$

放電時には式の反応が右方向に進み、
両電極ともに水に溶けにくい白色の硫酸鉛(Ⅱ)
$PbSO_4$で覆われてくる。

(問題) 正極および負極における放電時の反応を、
電子$e^-$を含むイオン反応式でそれぞれ示せ。

(問題) 鉛蓄電池において、電流$5.00A$で2時間40分50秒
放電を行ったとき、流れた電子の物質量を答えよ。

(問題) 前問の放電前の電解質水溶液が質量パーセント濃度
$30.0%$,密度$1.25g/cm^3$の希硫酸
$H_2SO_4 1.00L$であった場合、
放電後の電解質水溶液に含まれる硫酸の質量を答えよ。
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高校化学の計算問題(問題027・2022愛知学院大学)身近な塩素系漂白剤の濃度をヨウ素滴定で求める

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単元: #化学#化学基礎2ー物質の変化#大学入試過去問(化学)#酸化還元反応#理科(高校生)#愛知学院大学
指導講師: ぺんぎん高校化学問題集
問題文全文(内容文):
塩素系漂白剤に含まれる次亜塩素酸ナトリウム $NaClO$の濃度を求める実験について,以下の文章を読み,問に答えなさい。

塩素系漂白剤をホールピペットを用いてメスフラスコへ正確に $5.0mL$移し,メスフラスコに純粋な水を加えて $100mL$ に希釈した。
この溶液をホールピペットを用いてコニカルビーカーヘ正確に
$10mL$移し,純粋な水を約$100mL$加えた。
①そこにヨウ化カリウム$KI$を$1.0g,1.5mol/L$の硫酸$H_2SO_4$水溶液を$5.0mL$加えたところ,ヨウ素$I_2$が生じて溶液が褐色に変化した。
この溶液を,ビュレットを用いて$0.10mol/L$のチオ硫酸ナトリウム$Na_2S_2O_3$水溶液にて滴定した。
途中,試料溶液の色が薄くなったところで指示薬としてデンプン水溶液を少量加えると,溶液の色が青紫色に変化した。
この色が消えるまで滴定を続けたところ,総量$10mL$を要した。
ただし,ヨウ素$I_2$とチオ硫酸ナトリウム$Na_2S_2O_3$は,以下のように反応する。
$I2 + 2Na_2S_2O_3 →2NaI + Na_2S_4O_6$

問 1 下線部①の酸化剤と還元剤の反応を,電子$(e^{-})$を含むイオン反応式でそれぞれ答えなさい。

問 2 この塩素系漂白剤に含まれる次亜塩素酸ナトリウムのモル濃度は何$mol/L$ですか。
有効数字 2 桁で答えなさい。
ただし,漂白剤中で反応に関係するものは$NaClO$以外に存在しないものとする。

問 1
酸化剤:$ClO^{-} + 2H^{+} + 2e^{-} → Cl- + H_2O$
還元剤:$2I^{-} → I_2 + 2e^{-}$
※次亜塩素酸イオンの塩素原子の酸化数は$+1$であることに注意

問 2
問 1の半反応式より以下のイオン反応式が得られる。
$ClO^{-} + 2H^{+} + 2I^{-} → I_2 + Cl^{-} + H_2O$
これより,($ClO^{-}$の数) =($NaClO$の数) =($I_2$の数)※であることがわかる。
希釈前の漂白剤の次亜塩素酸ナトリウムのモル濃度$c〔mol/L〕$とすると,$5.0mL→100mL$にしていることから濃度は$20$分の$1$になっている。
また,ヨウ素$1$個と反応するチオ硫酸ナトリウムは$2$個なので,($NaClO$の数) =($I_2$の数)であることとあわせて,
$\displaystyle \frac{c}{20}[mol/L] \times \displaystyle \frac{10}{1000}L \times 2=0.10mol/L \times \displaystyle \frac{10}{1000}L$これを解いて,$c=1.0mol/L$

※補足 この問題では KI の式量が与えられていないため mol は計算できないが,次亜塩素酸
ナトリウムをすべて反応させる必要があるので,ヨウ化カリウムは反応に十分な量を加えている
はずである(そうでなければ滴定として失敗である)。
結果から、$\displaystyle \frac{0.1}{20}[mol/L] \times \displaystyle \frac{10}{1000}L =5.0 \times 10^{-5}mol,KI$の式量 166 から$\frac{1.0g}{166g/mol} \fallingdotseq 6.0 \times 10^{-3}mol$なので,十分な量の $KI$ を加えていることが確認できる。
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