|7](配点 19) 1 第4問 次の文章を読み、問い(問1~4)に答えよ。[解答番号 谷横1.64 Lの容器がある。この容器内に、清浄な銅の微粉末 0.17g を密封したガラス球(ガラス 球の占める体積は無視できる)を置いて真空にした後,酸素を導入して圧力を0.20×10° Pa にし 朔とマグネシウムの性質を調べるために、次のような実験を行った。温度600 Kに保たれた内 だ。このガラス球を割った時の時間を0分として,圧力変化を調べたところ,図1の実線のよう に時間とともに圧力の減少が起こり、 粉末の色に変化が見られた。圧力変化がなくなったとこ うで容器を再び真空にし,次に水素を 1.0×10° Pa まで導入すると, 再び粉末は元の光沢にもどっ たが,圧力は1.0×10° Pa のままであった。 0.22 0.20 0.18 0.16 0.14 0.12 同様に,ガラス球に密封したマグネシ ウムの清浄な微粉末0.16gを用いて調 銅 べたところ,上と同じ 0.20×10° Pa の酸 カ 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0 01234 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 素を導入したときの圧力の減少は図1の マグネシウム. 破線のようになり,粉末の色に変化が 見られた。圧カの減少がなくなったとこ ろで,容器を真空にしてから水素を 時間(分) 図 1 1.0×10° Pa まで導入したが, 圧力は 1.0×10° Pa のままで粉末の色にも変化がなかった。 問1 下線部(a)および(b)について, 変化した後の粉末の色の組合せとして最も適当なものを, 次 の0~0のうちから一つ選べ。 イ 0 の の 赤 赤 赤 黒 白 白 赤 黒 赤 黒 白 赤 黒 問2 各反応で酸素の圧力が減少している初期の段階において, マグネシウムとの反応に伴う酸 素の減少速度は, 銅との反応に伴う酸素の減少速度の何倍か。最も適当な数値を, 次の① ~6のうちから一つ選べ。 2 (3/ 12.5 の 25 の 5 Vcu Deeroe 0 2.5 6 50 6 75 0,00%x10° 5 0.05 Vng. 205x10 0.05x10 0-00% /2.5 164| 第17章 実践演習 (第2) 酸素田R(×10 Pa) 2

問3 この実験と同量の清浄な銅の微粉末を用いて、今度は、酸素と水素の分圧の比が1:4の 混合気体を1.0×10° Pa 入れてからガラス球を割った。この後,圧力はどのような値に近づ 主くと考えられるか。圧力の値を有効数字2桁で次の形式で表すとき, 3| 5に で当てはまる数字を,下の0~0のうちから一つずつ選べ。ただし, 同じものを繰り返し選 Sんでもよい。 3 ×10L5|Pa 人I 4 チ 0 1 02 O 3 O4 6 5 6 607③ 8 0 9 0 0

第4問 問1 問2 2 問3 3 4 1 Re21,24,27,71 5 問4 6 b 7 a 問題文のポイント…問 4aより +冷却して液商が生じるまで,水はすべて気 体で存在するため,温度と圧力は状態方程 式に従って変化することを読み取る。 こニーー-ー-ー 図2は水の蒸気圧曲線である。気体の水 0.10 mol を!! i内容積 8.3Lの容器に入れ,温度を127℃に保った。次上! iに容器を徐々に冷却すると, ある温度で水滴が現れたが 「そのまま冷却を続け、27℃まで冷却した。!容器内の気 2.8 2,6 2.4 水 2.2 の 2.0 蒸 1.8 気 1.6 圧 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 a 体の水の一部が液体になる温度は何℃か。最も適当な数 値を,次の0~Oのうちから一つ選べ。ただし, 気体 定数は R=8.3×10° Pa·L/(mol·K)とする。 6 30 50 70 温度(C) 10 90 110 130 図 2 解説 下線部(a)について, 反応後に酸素が残っているこ とから,銅は酸素と十分に反応して,黒色の酸化 銅(II)が生じたと考えられる。また, 下線部(b)も 同様に,マグネシウムは酸素と十分に反応して白 色の酸化マグネシウムが生じたと考えられる。 よって,組合せとして最も適当なものは, ⑥. 問2 銅と酸素の反応について, 図1より5分後の酸素 の圧力は 0.18×10° Pa なので、 圧力の値は 0.80×10° Pa(8.0×10* Pa)に近づく。 よって,3]8,4] 0, E5 液滴が生じるまで水は気体であり,温度と圧 力は気体の状態方程式に従って変化する。 p×8.3 L=0.10 mol×8.3×10° Pa·L/(mol·K)×T 問1 問4 a p=100×T 絶対温度T[K] をセルシウス温度[℃]で表すと, 会TIK] =t[℃]+273 より, 0.20×10° Pa-0.18×10° Pa 合 5分 =0.004×10° Pa/分 マグネシウムと酸素の反応も同様に, 図1より 1 分後の酸素の圧力は 0.15×10° Pa なので, 0.20×10° Pa-0.15×10° Pa 1分 p=100(t+273)=D100t+0.273×10° Vcu= この一次関 2.8 2.6 数を,水の 2.4 水 2.2 蒸気圧曲線 2.0 に重ねると 気 1.8 圧 1.6 マ1.4 なり,水蒸 12 E0.8 図のように UMg =0.05×10° Pa/分 0.05×10° Pa/分 0.004×10° Pa/分 問3 酸素と水素の混合気体との反応であり, 酸素, 水 気の圧力が 0.6 UMg -=12.5g 蒸気圧と等 しくなった とき(約70 0.4 0.2 Vcu 0 10 30 50 70 90 110 130 素と順に反応する。 温度(C) ℃)に液滴 2Cu + O2 -→ 2CuO CuO + He -→ Cu + H:O これらの反応式より, 1mol の O。 が反応して生 成した2mol の CuO をすべて還元して Cu にす るには, 2mol の H2が必要であることがわかる。 一方,分圧の比(物質量の比)がO2: H2=1:4で あるため,すべての CuO は Cuにもどる。 結果として,水素と酸素が反応して, 水が生成す *る反応が起こることになる。また, 600 Kで実験 しているため,水はすべて気体である。 が生じ始める。 よって, 最も適当な数値は, ③。 b 温度一定のもと, すべて気体の状態でピスト ンをゆっくり押し, 体積を減少させている間はボ イルの法則に従って体積と圧力は反比例する。ま た,液体が生じ気液平衡の状態でピストンを押し ているときは, 体積が減少しても気体の圧力は飽 和蒸気圧を保ち一定となる。 よって,グラフとして最も適当なものは, @。 2H2 + O2 → 2H.O (反応前) 0.80 0.20 0 (×10° Pa) (変化量) -0.40 -0.20 +0.40(×10°P ) (反応後) 0.40 0 0.40 (×10° Pa) の の