理科
中学生

化学 Cは硫黄と鉄粉の質量比が5:5=1:1だから鉄が余っているのではないのでしょうか?
(7:4だと7の方の3つ分が)

問6Kさんは, 鉄と硫黄の反応について調べるために, 鉄粉と硫黄の質量の組み合わせを変え て,次のような実験を行った。 図1は用いた装置と加熱の様子を、 図2の点a~eは鉄粉と 硫黄の質量の組み合わせを示している。 これらの実験とその結果について,あとの各問いに 答えなさい。ただし, 鉄粉と硫黄の混合物を加熱したときは, 硫化鉄ができる反応だけが起 こるものとする。 [実験1] 次の①~⑤の順に操作を行った。 試験管A ① 図2の点a が示す質量の鉄粉と硫黄を乳 ばちに取り,よく混ぜ合わせた。 鉄粉と硫黄の 混合物 ②乳ばちから①の混合物を4.0g取り出し て試験管Aに入れ、 加熱した。 ③加熱した混合物の色が赤く変わりはじめ たところで加熱をやめ、変化の様子を観察 した。 ⑨反応が終わり, 試験管Aの温度が下がっ たところで試験管Aに磁石を近づけ磁石 に引きつけられる物質があるかを観察し た。 ⑤ 試験管Aの中身を少量取り出し, 5%の 塩酸と反応させ, 発生した気体のにおいを 調べた。 6.0 5.0 硫 4.0 質 3.0 図1 b c P 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 鉄粉の質量[g] 図2 1.0 [実験2] 鉄粉と硫黄を図2の点be が示す質量の 組み合わせにかえ, 〔実験1〕 と同様の操作 [g] 2.0 を行った。このとき,点bの質量の組み合わ せには試験管Bを用い, 同様に,点cには試 験管Cを,点には試験管Dを,点eには試 験管Eを用いた。 0
(エ)次の は,〔実験1〕と〔実験2] に関する先生とKさんの会話である。文中の(X) に適する値を書きなさい。 また, ( Y )に最も適するものをあとの1~6の中から一つ選び、その 番号を書きなさい。 先生 Kさん 「[実験1] の試験管Aでは鉄粉がすべて反応したと考えられます。実は、 3.5gの鉄粉を すべて反応させるのに必要な硫黄の質量は2.0gであることがわかっています。 では, 7.0gの鉄粉をすべて反応させるには何gの硫黄が必要だと考えられますか」 ( X )gの硫黄が必要だと考えられます。」 先生「鉄粉7.0g, 硫黄 ( X )gのときの点を図2にかき入れ,この点と点を通る直線 を引くと,この直線は原点を通ることがわかりますね。 この直線から 〔実験2]の試験管 B~Eのうち、反応後に鉄粉が残るものと硫黄が残るものを予想できますね。」 Kさん BD B, D 「たしかに〔実験2] の④では、試験管(Y)で磁石に引きつけられる物質がありま した。」 2. C, E 4. B, C, D 5. B, C, E 3. D, E 6. C,D,E

回答

結論
• (X) = 4.0 g
• 実験2で反応後に磁石に引きつけられる物質がある試験管は D と E。

理由(わかりやすく)
1. 図や先生の会話から、鉄粉 3.5 g を完全に反応させるのに硫黄 2.0 g 必要と分かっています。
だから鉄と硫黄の反応は質量比で比例します。比を計算すると
\frac{\text{硫黄}}{\text{鉄}}=\frac{2.0}{3.5}=\frac{4}{7}\approx0.5714
2. 鉄粉 7.0 g を全部反応させるには、上の比の倍で考えて
7.0\times\frac{4}{7}=4.0\ \text{g}
よって (X) = 4.0 g。(これが図上に点として入る点)
3. 図2にその「ちょうど全部反応する線」を引くと、原点を通る直線で傾きが約 0.5714の線になります。
• その直線より上側(実際の硫黄が多い)なら硫黄が余る=鉄は全部反応してしまい、磁石に引きつけられる物質(未反応の鉄)は残らない。
• 直線より下側(実際の硫黄が少ない)なら鉄が余る=未反応の鉄が残り、磁石に引きつけられる。
4. 図上の点の位置(おおよその座標)と比べると:
• b(約 Fe=3.0,S=4.0) → 実際 S が多い(直線より上) → 磁石に引かれない。
• c(約 Fe=5.0,S=5.0) → 実際 S が多い → 磁石に引かれない。
• d(約 Fe=7.0,S≈0.8) → 実際 S が少ない(直線より下) → 鉄が余る → 磁石に引かれる。
• e(約 Fe=7.0,S≈2.0) → 実際 S が少ない(直線より下) → 磁石に引かれる。
したがって D と E に未反応の鉄(磁性物質)が残る。

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