2024年早稲田中学の問題です。
水素と酸素を混合した気体に火をつけると、それぞれが反応して水ができます。水素と酸素は必ず一定の割合で反応して、液体の水を生じます。
図1のような装置を用意し、水素50cm3を入れた筒に、さまざまな体積の酸素を混合して点火し、容器内に残る気体の体積を調べる実験をしました。点火すると、筒の中の水素と酸素が反応して気体の体積が減り、水面が上がりました。加えた酸素と反応後に残った気体の体積の関係は、図2のようになりました。また、反応によって生じる水の重さは、図3のようになります。
問1 水素100cm3と酸素70cm3を混合した気体に点火すると、反応後に残る気体は何か。
問2 酸素50cm3を入れた筒にさまざまな体積の水素を加えて反応させたときの、加えた水素と反応後に残った気体の体積を表すグラフを、解答らんに合うように図示せよ。
次に、水素、酸素、窒素を混合した気体に点火し、残る気体の体積を調べる実験A～Dを行ったところ、以下の表のような結果が得られました。
問3 水素40cm3、酸素40cm3、窒素20cm3を混合した気体に点火すると、反応後に残る気体は何cm3 か。
問4 水素50cm3と空気50cm3を混合した気体に点火すると、反応後に気体が68.8cm3残った。空気に は酸素と窒素のみがふくまれているとすると、空気中にふくまれる酸素の体積の割合は何%か。
問5 表中の実験A～Dのうち､反応によって生じた水の重さが等しいものを2つ選び､記号で答えよ。
【解説と解答】
問1 水素50cm3に対して酸素25cm3が反応しています。したがって水素が100cm3であれば、酸素は50cm3反応するので、反応後に残る気体は酸素です。
（答え）酸素
問2 酸素が50cm3入っているので、水素が0cm3であれば、そのまま残ります。
水素を60cm3入れれば、酸素が30cm3使われるので、酸素は20cm3残ります。したがってグラフは以下のようになります。
問3 水素：酸素＝2：1で化合し、窒素はそのまま残ります。
酸素20cm3と窒素20cm3が残るので、残った気体は40cm3です。
（答え）40cm3
問4
水素が全部化合していると、酸素が25cm3使われて、空気は25cm3しか残っていないので、68.8cm3の中に水素が含まれていることがわかります。
使われた水素を【2】cm3、酸素を【1】cm3とすると
【2】＋【1】＝100−68.8＝31｡2 したがって、酸素は31.2÷3＝10.4cm3
10.4÷50×100＝20.8％
（答え）20.8％
問5
酸素がすべて使われて、水素が40cm3あればよいので、AとC
（答え）A、C
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