金属の燃焼に関する問題

2013年早稲田高等学院の問題です。


図のような実験装置を使って、金属の粉末を薬さじでよくかき混ぜながら、ガスバーナーを使って加熱しました。はかりを使って、加熱前の金属の粉末と加熱後の物質が何gかを調べました。金属の粉末として鋼を用いた結果は表1に、マグネシウムを用いた結果は表2に示しました。

問1 この実験の説明として、間違っているものを次のア~エから2つ選び、記号で答えなさい。
  ア 加熱に使うガスバーナーの火は、赤くなるように調節する
  イ ガスバーナーの火を消すときは、ガス調節ねじより空気調節ねじを先に閉める
  ウ 銅を加熱すると、炎を上げずに、しだいに黒色の物質に変化する
  エ マグネシウムを加熱すると、強い光をだして、黒色の物質に変化する

問2 2つの表から考えると、金属の粉末を加熱したときは、金属と、金属に結びつく酸素は何対何(重さの比)ですか。鋼とマグネシウムそれぞれについて、最も適当なものを次のア~シから1つずつ選び、記号で答えなさい。
   ア 3:1  イ 4:1  ウ 3:2  エ 2:1  オ 5:3  カ 5:4
   キ 1:3  ク 1:4  ケ 2:3  コ 1:2  サ 3:5  シ 4:5

問3 2つの表には、間2の解答のような整数比にならないものがいくつかあります。この理由として、間違っているものを次のア~エから1つ選び、記号で答えなさい。
  ア 酸素以外の気体が金属と反応したから  イ 加熱する時間が短かったから
  ウ かき混ぜる回数が足りなかったから   エ 粉末の粒が大きかったから

問4 酸化銅6.00gに含まれる酸素は何gですか。間2の解答を利用して答えなさい。

問5 鋼とマグネシウムの混合物13.00gをよく加熱したところ、加熱後に18.00gになりました。混合物には銅が何g含まれていましたか。問2の解答を利用して答えなさい。

問6 酸化銅を炭素の粉末と混ぜて加熱すると、気体が発生し銅が得られます。このとき発生する気体を答えなさい。


(解説と解答)
問1 ガスバーナーの炎は完全燃焼すると炎は青くなります。マグネシウムは加熱すると、酸化マグネシウムになりますが、その色は白です。
(解答)ア・エ

問2 銅は、酸化銅に、マグネシウムは酸化マグネシウムに変化しますから、酸素と結びついて重さが増えています。
銅は、銅の重さの4分の1が増えているので、銅:酸素=4:1
マグネシウムは、マグネシウムの重さの3分の2が増えているので、マグネシウム:酸素=3:2
の比で結びついています。

(解答)(銅)イ  (マグネシウム)ウ

問3 この場合、金属は酸素をのみ結びつきますからアが違います。

(解答)ア

問4 酸化銅は全体の重さの5分の1が酸素ですから、6×\frac{1}{5}=1.2gになります。

(解答)1.2g

問5 銅の重さを【4】、マグネシウムの重さを(3)とすると、それぞれ結びつく酸素は【1】と(2)になります。
したがって
【4】+(3)=13g ・・・(あ)
【5】+(5)=18g ・・・(い)
となるので、(あ)を5倍、(い)を3倍すると、
【20】+(15)=65
【15】+(15)=54
より【5】=11 
【4】=11×\frac{4}{5}=8.8g が銅の重さになります。

(解答)8.8g

問6 これは還元反応で、酸化銅に結びついた酸素が炭素と結びついて、二酸化炭素が出ます。

(解答)二酸化炭素

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