水溶液に関する問題

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2022年浦和明の星の問題です。

5つのビーカーに、5種類の水落液A~E(食塩水、炭酸水、アンモニア水、うすい塩酸、水酸化ナトリウム水溶液)のいずれかが入っています。どのビーカーにどの水溶液が入っているかを調べたところ、次のようになりました。これに関する各問いに答えなさい。

問1 BとEはそれぞれどの水溶液だと考えられますか。もっとも適当なものを選び、それぞれア~オで答えなさい。

   ア.食塩水       イ.炭酸水           ウ.アンモニア水
   エ.うすい塩酸     オ.水酸化ナトリウム水溶液

問2 CとDを用いて実験1、実験2を行いました。これに関する(a)、(b)に答えなさい。

実験1
 ① 試験管にC4mL とD6mmLを混ぜた。
 ② ①の試験管に緑色のBTB溶液を加えた。

実験1の結果                       ・
 水溶液の色は緑色になった。

実験2
 ① 試験管にC4mL とD6mL を混ぜた。
 ② ①の水溶液を蒸発皿にすべて移し、加熱して水分をすべて蒸発させた。
実験2の結果
 蒸発皿に白い固体0.5gがあらわれた。

 (a)緑色のBTB溶液を加えたとき、水溶液の色が黄色になるのはどれですか。すべて選び、ア~オで答えなさい。

   ア.C 3mLとD7mLを混ぜた水溶液
   イ.C 5mLとD5mLを混ぜた水溶液
   ウ.C 2mLとD3mLを混ぜた水溶液
   エ.C 3mLとD2mLを混ぜた水溶液
   オ.C 1mLとD2mLを混ぜた水溶液

 (b)CとDを混ぜた水溶液を加熱して水分をすべて蒸発させたとき、同じ重さの固体があらわれるのはどれですか。2つ選び、ア~オで答えなさい。また、その重さは何gですか。

   ア.C 5mLとD5mLを混ぜた水溶液
   イ.C 7mLとD3mLを混ぜた水溶液
   ウ.C 2mLとD3mLを混ぜた水溶液
   エ.C 3mLとD2mLを混ぜた水溶液
   オ.C 3mLとD1mLを混ぜた水溶液

問3 鉄片を入れた試験管にCを加えたところ、泡か出て鉄片は小さぐなりました。しぱらくすると、鉄片は完全に見えなくなりましたo見えなくなった鉄片のゆくえについて3つの仮説を立てました。そして3つの仮説を確かめるために、実験3~実験5を行いました。これに関する(a)、(b)に答えなさい。
  仮説1:鉄片は、泡になって空気中へ出ていき、Cの中に存在していない。
  仮説2:鉄片は、鉄の小さな粒になり、目には見えないがCの中に存在している。
  仮説3:鉄片は、鉄ではない小さな粒になり、目には見えないがCの中に存在している。

実験3
 ①鉄片を入れた試験管にCを加え、鉄片が完全に見えなくなるまでしばらく置いた。
 ②Cと①で得られた水溶液Fをそれぞれ蒸発皿に移し、加熱して水分をすべて蒸発させた。

実験3の結果
 Cを入れた蒸発皿には何もあらわれなかった。Fを入れた蒸発皿には固体Gがあらわれた。

実験4
 鉄片と実験3で得られたGに、それぞれ磁石を近づけた。
実験4の結果
 鉄片は磁石に引きつけられた。Gは磁石に引きつけられなかった。

実験5
 ① 鉄片と実験3で得られたGを、それぞれ別の試験管に入れた。
 ② それぞれの試験管にCを加えた。
実験5の結果
 鉄片を入れたCからは泡か出たOしばらくすると、鉄片は完全に見えなくなった。
 Gを入れたCからは泡が出なかった。しばらくすると、Gは完全に見えなくなった。
(a)実験3~実験5から、仮説1が間違っていることがわかります。仮説1が間違っていることがわかる実験はどれですか。1つ選び、3~5で答えなさい。また、仮説1が正しいならば、どのような結果になるはずですか。過不足なく選び、ア~力で答えなさい。

ア.Cを入れた蒸発皿とFを入れた蒸発皿のどちらの蒸発皿にも何もあらわれない。
イ.Cを入れた蒸発皿とFを入れた蒸発皿のどちらの蒸発皿にも固体があらわれる。
ウ.鉄片とGのどちらも磁石に引きつけられる。
エ.鉄片とGのどちらも磁石に引きつけられない。
オ.鉄片を入れたCとGを入れたCのどちらからも泡が出る。
カ.鉄片を入れたCとGを入れたCのどちらからも泡が出ない。

(b)実験3~実験5から、仮説2が間違っていることがわかります。仮説2が間違っていることがわかる実験はどれですか。2つ選び、3~5で答えなさい。また、仮説2が正しいならば、どのような結果になるはずですか。過不足なく選び、(a)のア~力で答えなさい。

【解説と解答】
問1 Aは泡が出ていたので炭酸水。固体が溶けているのは食塩水と水酸化ナトリウム水溶液。BTBの反応からDが水酸化ナトリウム水溶液、Eが食塩水。Bはアンモニア水、Cが塩酸。 
(答え)B ウ  E ア  
問2 実験①でC:D=2:3で中和することがわかります。酸性になるのはCが多いので、イとエ。(b)では、Dが同じでCがその3分の2以上あればよいことになります。ア~オの条件ではDが3mLでCが2mL以上になればよいのでイとウ。重さは実験2の半分で0.25g。
(答え)(a)イ,エ (b)イ・ウ  重さ 0.25
問3 塩酸に鉄を入れたので、塩化鉄になります。実験3で得られた固体Gが塩化鉄です。塩化鉄は磁石には反応せず、塩酸に溶けますが泡は出ません。仮説1はCの中に鉄は存在しないことになるので、これは間違いですが、それを調べた結果としては実験3が正しく、もし仮設1が正しければCにもFにも何も現れないことになります。
仮説2は鉄が残るということですが、もし鉄が残るのであれば磁石に吸い付けられるでしょうし、塩酸に溶かしたとき泡が出なければいけません。
(答え)(a)実験 3  結果 ア (b)実験 4・5  結果 ウ,オ


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