【定期テスト対策問題】酸化銅の還元の計算問題

【定期テスト対策問題】酸化銅の還元の計算問題です。

【対策問題】酸化銅の還元の計算

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。

（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。

（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

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。