気体に関する問題

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2014年浅野中学の問題です。


次の[気体の説明]および[実験1]、[実験2]をもとに、後の(1)~(6)の問いに答えなさい。
[気体の説明]
・気体Aはもっとも軽い気体で、燃料電池に用いられています。
・気体Aと気体Bを体積比で2:1の割合で混合して点火すると、完全燃焼して液体Cのみができます。
・気体Dと気体Eは炭素と水素からできている気体で、どちらも気体Bとある割合で混合して点火すると、完全燃焼して液体Cと気体Fができます。
・気体Fは石灰水に通すと石灰水が白くにごります。
・気体Gは空気中に約80%含まれています。
・気体Gは気体Bと混合して点火しても燃焼しません。気体Gは気体Aとある割合で混合して、特殊な装置で反応させると気体Hが発生します。気体Hは水によく溶け、その水溶液はアルカリ性を示します。
[実験1]
 同じ体積の気体Aと気体Dを混合し、それに気体Bを入れて点火し、完全燃焼します。混合気体と気体Bとが完全燃焼すると、混合気体と気体Bはすべて反応し、液体Cと気体Fのみになっていました。混合気体の体積と、完全燃焼に必要な気体Bの体積を変えて実験すると、[表1]のような結果になりました。

同じ体積の気体Aと気体Dと気体Eを混合し、それに気体Bを入れて点火し、完全燃焼します。混合気体と気体Bとが完全燃焼すると、混合気体と気体Bはすべて反応し、液体Cと気体Fのみになっていました。混合気体の体積と、完全燃焼に必要な気体Bの体積を変えて実験すると、[表2]のような結果になりました。

(1)気体Gと気体Hに当てはまるものを、次のア~コの中からそれぞれ1つずつ選び、その記号で答えなさい。
ア 酸素  イ 水素  ウ アルゴン  エ プロパン  オ 二酸化炭素
力 水蒸気  キ 塩素 ク 窒素 ケ メタン   コ アンモニア
(2)[表1]の①に当てはまる数値を答えなさい。

(3)気体Dと気体Bが完全燃焼する時の気体Dと気体Bの体積比を、もっとも簡単な整数で答えなさい。
(4)[表2]の②に当てはまる数値のうち、気体Eにより発生する気体Fの体積は何mLですか。
(5)気体E250mLが完全燃焼する時、必要な気体Bの体積は何mLですか。
(6)気体A150mL、気体D100mL、気体E50mLを混合し、完全燃焼させる時に必要な気体Bは何mLですか。


(解説と解答)
(1)
まず気体の説明から
Aは水素とわかり、Bは酸素で液体Cは水です。
気体D、Eは炭素、水素でできていて完全燃焼をすると水と二酸化炭素になるので、プロパン、メタンなどのガスが考えられます。
気体Fは二酸化炭素。気体Gは窒素。気体Hはアンモニア。

以上から、
Gは窒素でク、気体Hはコです

(答え)
G ク H コ

(2)表から混合気体と気体Bは4:5の割合で結びついていますから、300×$$\frac{5}{4}$$=375mLになります。
(答え)
375

(3)
気体Aは気体Bと2:1で結びつきます。混合全体が500mLあったとき、250mLの水素(気体A)に必要な酸素(気体B)は125mL。
使われた酸素は625mLですから、625-125=500mLが気体Dに使われた酸素です。したがって250:500=1:2になります。
(答え)
1:2

(4)表から混合気体と気体Fの比は3:4ですから375×$$\frac{4}{3}$$=500
混合気体はそれぞれ125mLで、表1から気体Aと気体Dの混合気体からはその半分の気体F(二酸化炭素)がでるので、125mLが気体Aと気体Dからですから、残りが気体Eからによります。
500-125=375
(答え)
375

(5)実験2は混合気体がA:D:E=1:1:1です。
150mLのとき、50mLの気体Dは(3)から50×2=100mLの酸素が必要になり、水素は50÷2=25mLですから、気体Eに必要な酸素の量は375-100-25=250mLになります。
したがってE:B=1:5ですから、E250mLを完全燃焼させるのに必要な酸素の量は250×5=1250mLになります。

(答え)
1250

(5)Aには150÷2=75mL Dには100×2=200mL Eには50×5=250mL の酸素が必要になるので、合計すると525mLになります。

(答え)
525

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