酸化銅の還元の計算問題!点数が上がる高校入試理科最強問題

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今日は、酸化銅の還元に関する質量の計算問題に挑戦しましょう。グラフが与えられる場合が多いようですが、グラフの見方や簡単な計算方法もご紹介します。

酸化銅の還元の計算問題

問題下の図のように、酸化銅4.0gと炭素の粉末を混ぜ合わせて、二酸化炭素が発生しなくなるまで加熱した後、試験管内に残った固体とその質量を調べた。グラフは、混ぜ合わせる炭素の質量をいろいろに変えて調べ、その結果を表したものである。次の各問いに答えなさい。

酸化銅の還元

  1. 酸化銅と炭素の粉末を加熱したときの化学変化を、化学反応式で表せ。
  2. 酸化銅4.0gは何gの炭素とちょうど反応したか。
  3. 2のとき試験管に残った物質の色は何色か。また、その質量は何gか。
  4. 2のとき発生した二酸化炭素の質量は何gか。
  5. 酸化銅をつくっている銅と酸素の質量の比を、最も簡単な整数の比で表せ。
  6. 1.6gの銅をつくるために、酸化銅と炭素は少なくとも何g必要か。
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酸化銅の還元の計算問題 解答・解説

  1. 2CuO+C→2Cu+CO2
    酸化銅と炭素を混ぜて加熱すると、酸化銅が還元されて銅に、炭素は酸化されて二酸化炭素になります。
  2. 0.3g
    グラフより、加熱後の試験管内の物質の質量が一番小さくなったところで、完全に還元が終了しています。つまり、酸化銅4.0gをすべて還元し銅にするには、0.3gの炭素が必要だとわかります。
  3. 赤色、3.2g
    試験管内に残った物質の質量が一番小さくなったとき、酸化銅が完全に還元され、試験管内には銅だけが残ります。したがって銅の質量は3.2gになります。
  4. 1.1g
    質量保存の法則より。
    酸化銅4.0g+炭素0.3g=銅3.2g+二酸化炭素xg
    したがって、発生する二酸化炭素の質量は1.1gとなります。
  5. 4:1
    還元で得られた銅の質量は3.2g、このとき外れた酸素は4.0-3.2=0.8g。
    3.2:0.8=4:1
  6. 酸化銅2.0g、炭素0.15g
    実験では3.2gの銅が得られています。今回は、その半分の1.6gの銅を得ればいいので、必要な酸化銅も炭素も半分の量で済みます。
    酸化銅は、4.0÷2=2.0
    炭素は、0.3÷2=0.15

酸化銅の還元のグラフ

酸化銅の還元のグラフ

グラフの青の領域は、還元によって外れる酸素の量を表しています。また、赤の領域は銅の質量、紫の領域は、使われずに余った炭素の質量を表しています。

参考中2理科「酸化銅の還元」同時に酸化も起こる反応!

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