共通テスト(旧センター試験)過去問解説 化学 2015年 第3問 問5 混合物の物質量の比 - 質問解決D.B.(データベース)

共通テスト(旧センター試験)過去問解説 化学 2015年 第3問 問5 混合物の物質量の比

問題文全文(内容文):
銅とアルミニウムのみを含む混合物Aがある。
銅とアルミニウムの物質量の比を求めるために、Aの質量を変えて、次の実験Iおよび実験Ⅱを同温・ 同圧のもとで行った。

実験Ⅰ 希塩酸をAに加えると、次の反応によりアルミニウムのみがすべて溶けた。
この反応で発生した水素の体積を求めた。

$2AI + 6HCI → 2AICI_3 + 3H_2$

実験Ⅱ 実験Ⅰで反応せずに残った銅をろ過により、濃硝酸を加えると、次の反応により銅がすべて溶けた。
この反応で発生した二酸化窒素の体積を求めた。

$Cu + 4HNO_3 → Cu(NO_3)_2 + 2 NO_2 + 2 H_2O$

これらの実験に用いたAの質量と、発生した気体の体積の関係は、図1のようになった。
Aに含まれる銅との物質量$ [mol]$の比(銅:アルミニウム)
として最も適当なものを、下の①~⑥のうちから一つ選べ。
①$1:1$ ②$1:2$ ③$1:3$ ④$2:1$ ⑤$2:3$ ⑥$3:1$
※図は動画内参照
単元: #化学#化学基礎2ー物質の変化#大学入試過去問(化学)#共通テスト#酸化還元反応#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):
銅とアルミニウムのみを含む混合物Aがある。
銅とアルミニウムの物質量の比を求めるために、Aの質量を変えて、次の実験Iおよび実験Ⅱを同温・ 同圧のもとで行った。

実験Ⅰ 希塩酸をAに加えると、次の反応によりアルミニウムのみがすべて溶けた。
この反応で発生した水素の体積を求めた。

$2AI + 6HCI → 2AICI_3 + 3H_2$

実験Ⅱ 実験Ⅰで反応せずに残った銅をろ過により、濃硝酸を加えると、次の反応により銅がすべて溶けた。
この反応で発生した二酸化窒素の体積を求めた。

$Cu + 4HNO_3 → Cu(NO_3)_2 + 2 NO_2 + 2 H_2O$

これらの実験に用いたAの質量と、発生した気体の体積の関係は、図1のようになった。
Aに含まれる銅との物質量$ [mol]$の比(銅:アルミニウム)
として最も適当なものを、下の①~⑥のうちから一つ選べ。
①$1:1$ ②$1:2$ ③$1:3$ ④$2:1$ ⑤$2:3$ ⑥$3:1$
※図は動画内参照
投稿日:2023.06.17

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② セッケンの洗浄力は、硬水中でも低下しない。

③ 陽イオン界面活性剤は洗浄力は弱いが、頭髪用コンディショナー(リンス)などに含まれており、帯電防止効果や柔軟効果を与える。

④ 界面活性剤の乳化作用により、油分をミセル内部に取り込んだ微粒子を 水中に分散させた乳濁液を得ることができ、乳化作用は食品や化粧品など に利用される。
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純粋な硫酸銅(II)五水和物 $CuSO_4.5H_2O$を$102℃$で
長時間加熱すると三水和物 $CuSO_4.3H_2O$が得られるが、
水和水は加熱中に徐々に失われていく。
そのため、試料全体で平均した組成を化学式 $CuSO_4・xH_2O$で表すと、 $102℃$で加熱した試料では、$x$は$3 \leqq x \leqq 5$を満たす実数となる。
また、さら に高温($150℃$以上)で加熱すると、$x$は$0$まで減少し、硫酸銅(II)無水塩 $CuSO_4$(式量160)が得られる。
加熱により、一部の水和水を失った試料Aがある。
試料Aの化学式$CuSO_4・xH_2O$における$x$の値を求めるための実験について、次の問い (a・b)に答えよ。
ただし、試料中には$Cu^{2+}, SO_4^{2-}$と水和水以外は含ま れないものとする。

b 試料Aにおける$x$の値は、$SO_4^{2-}$の含有量の代わりに、$Cu^{2+}$ の含有量を用いて求めることもできる。
試料A中の$Cu^{2+}$含有量を調べる2通りの手法として、
次の実験Ⅱおよび実験Ⅲを考えた。

実験Ⅱ $Cu^{2+}$を含む水溶液に、水酸化ナトリウム $NaOH$水溶液を十分に加え、生じる沈殿をすべてろ過により取り出し、十分に加熱して純粋な酸化銅(Ⅱ)$CuO$(式量 80)としてから、その質量を求める。

実験Ⅲ $Cu^{2+}$を含む水溶液を、陽イオン交換樹脂を詰めたカラムに通し、 流出液に含まれる水素イオン$H^{+}$の物質量を、中和滴定により求める。

ある質量の試料Aを溶かした水溶液Bを用意し、その$10mL$を用いて実験Ⅱを行ったところ、質量$w (mg)$の$CuO$が得られた。
また、別の$10mL$ の水溶液Bを用いて実験Ⅲを行ったところ、濃度$c(mol/L)$の$NaOH$水溶液が、中和滴定の終点までに$V (mL)$必要であった。
用いた水溶液B中の$Cu^{2+}$が、実験Ⅱではすべて$CuO$となり、実験Ⅲではすべて陽イオン交換樹脂により$H^{+}$に交換されたものとすると、求められる$Cu^{2+}$の含有量の値は、実験Ⅱと実験Ⅲで同じ値となる。
このとき、$w、c、V$の値の関係はどのような式で表されるか。
最も適当なものを、次の①~⑥のうちから一つ選べ。
①$V=\displaystyle \frac{25w}{c}$
②$V=\displaystyle \frac{25w}{2c}$
③$V=\displaystyle \frac{25w}{4c}$
④$V=\displaystyle \frac{w}{40c}$
⑤$V=\displaystyle \frac{w}{80c}$
⑥$V=\displaystyle \frac{w}{160c}$
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