中2理科|化学変化と質量・熱|テスト対策問題

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中学2年生で学習する、質量保存の法則、化学変化と質量、化学変化と熱に関する定期テスト対策問題です。標準レベルの問題で80点を目指すレベルとなっています。解答は、問題の一番下にあるリンクより確認してください。

化学変化と質量・熱 定期テスト対策問題

この章では、質量保存の法則、化学変化と質量、化学変化と熱に関する問題を演習します。特に化学変化と質量の計算は、出題パターンが決まっているにも関わらず苦手な生徒が多い単元です。計算ができるか確認しましょう。

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化学変化と熱

化学変化と熱の出入りの関係を調べるため、次の実験1、実験2を行った。これについて、後の各問いに答えよ。

実験1

下の図1のように、ビーカーに鉄粉と活性炭を入れ、食塩水を少しずつ加えながら温度の変化を調べた。

実験2

下の図2のように、ビーカーに水酸化バリウムと塩化アンモニウムを入れ、水でぬらしたろ紙をかぶせてふたをしてよくかき混ぜ、温度の変化を調べた。

化学変化と熱

(1)実験1と実験2では、それぞ温度はどうなったか。

(2)実験1と実験2で起こった化学変化では、熱が吸収されたか、それとも放出されたか。それぞれ答えよ。

(3)実験1では、何と何が反応したか。物質名で答えよ。

(4)市販の携帯用カイロには、実験1と同じ成分が使われているが、使用する前に反応が進まないようにしてある。具体的にどのようにしてあるか。

(5)実験2で、ビーカーに水でぬらしたろ紙をかぶせてふたをするのは、実験で発生する非常に水に溶けやすい気体が空気中に出ていくのを防ぐためである。発生する気体の化学式を答えよ。

(6)実験1、実験2では化学変化に伴い、熱の出入りが見られる。このとき、吸収される熱や放出される熱を何というか。

質量保存の法則

質量保存の法則右図のような容器に、うすい塩酸と炭酸水素ナトリウムを入れ、容器のふたをしたまま容器を傾け、うすい塩酸と炭酸水素ナトリウムを十分に反応させた。反応前の全体の質量をW₁〔g〕、反応後の全体の質量をW₂〔g〕として、次の各問いに答えよ。

(1)うすい塩酸と炭酸水素ナトリウムの反応で発生する気体は何か。

(2)この化学変化の化学反応式は左辺は次のようになる。右辺を完成させよ。
HCl + NaHCO₃ → (            )

(3)W₁とW₂の間に成り立つ関係を、式で表しなさい。

(4)「化学変化に関係する物質全体の質量が変化しない」という法則を何というか。

(5)次の文は(4)を説明したものである。文中の( )に適する語を入れよ。

化学変化の前後で、原子の組み合わせは変わるが、原子の( ① )と( ② )は変化しない。したがって、化学変化の前後で物質の質量は変化しない。

(6)うすい塩酸と炭酸水素ナトリウムを十分に反応させた後、容器のふたをゆるめると、容器全体の質量は反応前に比べてどうなるか。

(7)(6)のようになるのはなぜか。理由を簡潔に答えよ。

銅の酸化

下の図は、銅の粉末をステンレス皿にとり、空気中で十分に反応させたときのようすを表している。グラフは、このときの加熱回数と加熱後のステンレス皿の上の物質の質量を測定したものである。これについて、次の各問いに答えよ。

銅の酸化 質量計算

(1)この実験で、銅の粉末を空気中の酸素と十分に反応させるために、どのようにして銅の粉末を加熱するとよいか。

(2)銅の粉末と空気中の酸素が完全に反応したのは、加熱回数が何回目のときか。

(3)グラフより、0.4gの銅の粉末と空気中の酸素を完全に反応させると、何gの酸素が化合するとわかるか。

(4)この実験から、銅と酸素が化合するときの、銅と酸素の質量の比を最も簡単な整数の比で答えよ。

(5)次に、銅の粉末を1.6gにして十分に加熱すると、何gの酸化銅が生じるとわかるか。

マグネシウムの燃焼

A班からD班は、マグネシウムをステンレス皿に入れ十分に加熱する実験を行った。表はそのときの、加熱前のマグネシウムの質量と、生じた白い物質の質量を記録したものである。これについて、次の各問いに答えよ。

A班 B班 C班 D班
マグネシウムの質量〔g〕 0.3 0.6 0.9 1.2
白色の物質の質量〔g〕 0.5 1.0 1.5 2.0

(1)この実験から、マグネシウムと酸素は、質量比何対何で反応することが分かるか。最も簡単な整数比で答えよ。

(2)次にE班が、マグネシウム2.7gを同じように十分に反応させると、白い物質が生じた。この白い物質は何g生じたか。

(3)次にF班も同じように、マグネシウム1.5gを加熱したが、加熱の仕方が不十分だったため、加熱後の質量は2.1gにしかならなかった。未反応のマグネシウムは何gか。

(4)銅と酸素は質量比4:1で反応することが知られている。同じ質量の銅とマグネシウムと化合する酸素の質量比を答えよ。

鉄と硫黄の化合

鉄と硫黄の化合右図のように、鉄粉7.0gと硫黄の粉末4.0gを試験管に入れ、混合物の上部を図のように加熱した。一部が赤くなったところでガスバーナーの火を止めると、反応は全体に広がっていった。加熱後、試験管内の物質を調べると、鉄粉と硫黄の粉末は過不足なく反応し、すべて硫化鉄になっていた。これについて、次の各問いに答えよ。

(1)問題文中の下線部①で、反応が全体に広がっていった理由を簡単に答えなさい。

(2)この実験で硫化鉄は何g生じたか。

(3)次に、鉄粉4.9gと硫黄の粉末4.0gを加熱すると、一方の物質は完全に反応し硫化鉄が生じた。このとき生じた硫化鉄は何gか。

(4)鉄と硫黄が化合するときの化学変化を、化学反応式でかけ。

気体の発生

気体の発生 計算右図のように、薬包紙にのせたいろいろな質量の石灰石とうすい塩酸10cm³を入れたビーカーを電子てんびんにのせ、反応前の質量を測定した。次に、薬包紙にのせた石灰石をビーカーに入れ、気体の発生が見られなくなってから反応後の質量を測定した。下の表は、このときの結果をまとめたものである。これについて、次の各問いに答えよ。

ビーカー A B C D E F G
石灰石の質量〔g〕 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8
反応前の質量〔g〕 55.4 55.8 56.2 56.6 57.0 57.4 57.8
反応後の質量〔g〕 55.2 55.4 55.6 55.8 56.0 56.4 56.8

(1)この実験で発生した気体は何か。

(2)うすい塩酸10cm³が過不足なく反応する石灰石の質量は何gか。

(3)反応後のビーカーGには、石灰石の一部が溶けずに残っていた。溶け残った石灰石をすべて溶かすには、同じ濃度のうすい塩酸をさらに何cm³加える必要があるか。

(4)この実験で使ったうすい塩酸と同じ濃度の塩酸20cm³と、過不足なく反応する石灰石は何gか。また、このとき発生する気体は何gか。

化学変化と質量・熱 定期テスト対策問題 解答・解説

問題がすべて解けるようになれば、定期テストでは80点以上は得点できます。知識が定着していない単元や、復習をしたい単元はリンク先のまとめや問題で復習を行い高得点を目指しましょう。

化学変化と熱 解答・解説

化学変化と熱の出入りの関係を調べるため、次の実験1、実験2を行った。これについて、後の各問いに答えよ。

実験1

下の図1のように、ビーカーに鉄粉と活性炭を入れ、食塩水を少しずつ加えながら温度の変化を調べた。

実験2

下の図2のように、ビーカーに水酸化バリウムと塩化アンモニウムを入れ、水でぬらしたろ紙をかぶせてふたをしてよくかき混ぜ、温度の変化を調べた。

化学変化と熱

(1)実験1と実験2では、それぞ温度はどうなったか。

実験1:上がった  実験2:下がった

実験1は鉄の酸化で温度が上昇します。実験2はアンモニアが発生するときに温度が下がります。実験1のように温度が上昇する反応を発熱反応、実験2のように温度が下がる反応を吸熱反応といいます。

(2)実験1と実験2で起こった化学変化では、熱が吸収されたか、それとも放出されたか。それぞれ答えよ。

実験1:放出された  実験2:吸収された

実験1のような温度が上がる反応では熱が放出され、実験2のような温度が下がる反応では熱が吸収されています。

(3)実験1では、何と何が反応したか。物質名で答えよ。

酸素

実験1は、化学カイロの中身です。鉄と酸素が化合するときに熱が放出され温度が上昇します。

(4)市販の携帯用カイロには、実験1と同じ成分が使われているが、使用する前に反応が進まないようにしてある。具体的にどのようにしてあるか。

密閉した袋に入れてあり空気に触れないようにしてある。

密閉した袋から出すと反応が進み温度が上昇します。

(5)実験2で、ビーカーに水でぬらしたろ紙をかぶせてふたをするのは、実験で発生する非常に水に溶けやすい気体が空気中に出ていくのを防ぐためである。発生する気体の化学式を答えよ。

NH₃

水酸化バリウムと塩化アンモニウムを混ぜると、気体のアンモニアが生じます。アンモニアの化学式はNH₃で、アンモニアは水に非常に溶けやすい性質があります。

(6)実験1、実験2では化学変化に伴い、熱の出入りが見られる。このとき、吸収される熱や放出される熱を何というか。

反応熱

化学変化に伴って、出入りする熱のことを反応熱といいます。

質量保存の法則 解答・解説

質量保存の法則右図のような容器に、うすい塩酸と炭酸水素ナトリウムを入れ、容器のふたをしたまま容器を傾け、うすい塩酸と炭酸水素ナトリウムを十分に反応させた。反応前の全体の質量をW₁〔g〕、反応後の全体の質量をW₂〔g〕として、次の各問いに答えよ。

(1)うすい塩酸と炭酸水素ナトリウムの反応で発生する気体は何か。

二酸化炭素

うすい塩酸と炭酸水素ナトリウムを混ぜると、気体の二酸化炭素と、液体の水、固体の塩化ナトリウムが生じます。とにかく、炭酸水素ナトリウムとくれば二酸化炭素です。

(2)この化学変化の化学反応式は左辺は次のようになる。右辺を完成させよ。
HCl + NaHCO₃ → ( NaCl + CO₂ + H₂O 

(3)W₁とW₂の間に成り立つ関係を、式で表しなさい。

W₁=W₂

密閉容器内で気体を発生させても、発生した気体が空気中に逃げていかないので、質量は変化しません。

(4)「化学変化に関係する物質全体の質量が変化しない」という法則を何というか。

質量保存の法則

(5)次の文は(4)を説明したものである。文中の( )に適する語を入れよ。

化学変化の前後で、原子の組み合わせは変わるが、原子の(①種類)と(②)は変化しない。したがって、化学変化の前後で物質の質量は変化しない。

化学変化では、原子そのものは変化しません。種類も数も変化しないので物質全体の質量は変化しません。原子の組み合わせ(結びつき方)は変化するので、物質の性質は変化します。

(6)うすい塩酸と炭酸水素ナトリウムを十分に反応させた後、容器のふたをゆるめると、容器全体の質量は反応前に比べてどうなるか。

小さくなる(減少する)

発生した二酸化炭素が空気中に出ていった分、質量は減少します。

(7)(6)のようになるのはなぜか。理由を簡潔に答えよ。

発生した気体が空気中に逃げて行ったから。

銅の酸化 解答・解説

下の図は、銅の粉末をステンレス皿にとり、空気中で十分に反応させたときのようすを表している。グラフは、このときの加熱回数と加熱後のステンレス皿の上の物質の質量を測定したものである。これについて、次の各問いに答えよ。

銅の酸化 質量計算

(1)この実験で、銅の粉末を空気中の酸素と十分に反応させるために、どのようにして銅の粉末を加熱するとよいか。

うすく広げるようにかき混ぜながら加熱する。

銅粉と酸素が完全に反応するように、うすく広げるようにかき混ぜながら加熱します。

(2)銅の粉末と空気中の酸素が完全に反応したのは、加熱回数が何回目のときか。

3回目

グラフより、加熱回数が3回目以降は質量が変化していません。これは、銅粉が完全に酸素と反応したことを表しています。

(3)グラフより、0.4gの銅の粉末と空気中の酸素を完全に反応させると、何gの酸素が化合するとわかるか。

0.1g

グラフより、3回目の加熱時点で、0.4gだった銅粉が0.5gになっています。
0.5-0.4=0.1
0.1gの酸素が化合したことがわかります。

(4)この実験から、銅と酸素が化合するときの、銅と酸素の質量の比を最も簡単な整数の比で答えよ。

銅:酸素=4:1

銅粉0.4gに酸素0.1gが化合しているので、
0.4:0.1=4:1
銅:酸素:酸化銅=4:1:5 は覚えておきましょう。

(5)次に、銅の粉末を1.6gにして十分に加熱すると、何gの酸化銅が生じるとわかるか。

2.0g

銅と酸化銅は質量比4:5で反応するので、
4:5=1.6:x
x=2.0

マグネシウムの燃焼 解答・解説

A班からD班は、マグネシウムをステンレス皿に入れ十分に加熱する実験を行った。表はそのときの、加熱前のマグネシウムの質量と、生じた白い物質の質量を記録したものである。これについて、次の各問いに答えよ。

A班 B班 C班 D班
マグネシウムの質量〔g〕 0.3 0.6 0.9 1.2
白色の物質の質量〔g〕 0.5 1.0 1.5 2.0

(1)この実験から、マグネシウムと酸素は、質量比何対何で反応することが分かるか。最も簡単な整数比で答えよ。

3:2

どの班の結果を使っても同じになりますが、A班の結果で考えてみると、0.3gのマグネシウムが加熱後に0.5gになっています。
0.5-0.3=0.2
0.3gのマグネシウムに0.2gの酸素が化合しているので、
0.3:0.2=3:2
マグネシウム:酸素:酸化マグネシウム=3:2:5 は覚えておきましょう。

(2)次にE班が、マグネシウム2.7gを同じように十分に反応させると、白い物質が生じた。この白い物質は何g生じたか。

4.5g

マグネシウムと酸化マグネシウムの質量比は3:5なので、
3:5=2.7:x
x=4.5

(3)次にF班も同じように、マグネシウム1.5gを加熱したが、加熱の仕方が不十分だったため、加熱後の質量は2.1gにしかならなかった。未反応のマグネシウムは何gか。

0.6g

化合した酸素は、
2.1-1.5=0.6g
反応したマグネシウムは、
3:2=x:0.6
x=0.9g
未反応のマグネシウムは、
1.5-0.9=0.6g

(4)銅と酸素は質量比4:1で反応することが知られている。同じ質量の銅とマグネシウムと化合する酸素の質量比を答えよ。

銅と化合する酸素:マグネシウムと化合する酸素=3:8

銅:酸素=4:1
マグネシウム:酸素=3:2
ここで金属の比をそろえると、
銅:酸素=12:3
マグネシウム:酸素=12:8
したがって、同じ質量の銅とマグネシウムと化合する酸素の質量比は、
3:8

鉄と硫黄の化合 解答・解説

鉄と硫黄の化合右図のように、鉄粉7.0gと硫黄の粉末4.0gを試験管に入れ、混合物の上部を図のように加熱した。一部が赤くなったところでガスバーナーの火を止めると、反応は全体に広がっていった。加熱後、試験管内の物質を調べると、鉄粉と硫黄の粉末は過不足なく反応し、すべて硫化鉄になっていた。これについて、次の各問いに答えよ。

(1)問題文中の下線部①で、反応が全体に広がっていった理由を簡単に答えなさい。

鉄と硫黄の化合で熱が発生したから。

鉄と硫黄の化合は発熱反応になります。

(2)この実験で硫化鉄は何g生じたか。

11.0g

鉄7.0g+硫黄4.0g=硫化鉄11.0g

(3)次に、鉄粉4.9gと硫黄の粉末4.0gを加熱すると、一方の物質は完全に反応し硫化鉄が生じた。このとき生じた硫化鉄は何gか。

7.7g

硫黄の粉末4.0gはすべて反応するには、鉄粉が7.0g必要なので、硫黄はすべて反応できません。鉄粉4.9はすべて反応するから、
7:4=4.9:x
x=2.8
4.9+2.8=7.7g

(4)鉄と硫黄が化合するときの化学変化を、化学反応式でかけ。

Fe + S → FeS

気体の発生 解答・解説

気体の発生 計算右図のように、薬包紙にのせたいろいろな質量の石灰石とうすい塩酸10cm³を入れたビーカーを電子てんびんにのせ、反応前の質量を測定した。次に、薬包紙にのせた石灰石をビーカーに入れ、気体の発生が見られなくなってから反応後の質量を測定した。下の表は、このときの結果をまとめたものである。これについて、次の各問いに答えよ。

ビーカー A B C D E F G
石灰石の質量〔g〕 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8
反応前の質量〔g〕 55.4 55.8 56.2 56.6 57.0 57.4 57.8
反応後の質量〔g〕 55.2 55.4 55.6 55.8 56.0 56.4 56.8
生じた二酸化炭素 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.0 1.0

(1)この実験で発生した気体は何か。

二酸化炭素

石灰石にうすい塩酸で二酸化炭素が発生します。

(2)うすい塩酸10cm³が過不足なく反応する石灰石の質量は何gか。

2.0g

上の表に、生じた二酸化炭素の質量を、反応前の質量ー反応後の質量で求めると、石灰石の質量が2.0g以降、発生する二酸化炭素の質量が増加しないことがわかります。

(3)反応後のビーカーGには、石灰石の一部が溶けずに残っていた。溶け残った石灰石をすべて溶かすには、同じ濃度のうすい塩酸をさらに何cm³加える必要があるか。

4.0cm³

(2)で、うすい塩酸10cm³に石灰石は2.0gしか溶けないとわかったので、
2.8-2.0=0.8gの石灰石が溶け残っているとわかります。
これを反応させるために必要なうすい塩酸は、
10cm³:2.0g=xcm³:0.8g
x=4.0cm³

(4)この実験で使ったうすい塩酸と同じ濃度の塩酸20cm³と、過不足なく反応する石灰石は何gか。また、このとき発生する気体は何gか。

石灰石:4.0g  二酸化炭素:2.0g

実験で、うすい塩酸10cm³と石灰石2.0gが過不足なく反応するとわかったので、うすい塩酸20cm³と過不足なく反応する石灰石の質量は、
10:2.0=20:x
x=4.0g
また、うすい塩酸10cm³と石灰石2.0gが過不足なく反応すると、1.0gの二酸化炭素が生じているので、
10:1.0=20:x
x=2.0g

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