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気体に関する問題

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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気体に関する問題

2020年　白百合の問題です。

以下のように、気体を発・生させる実験を3種類行いました。
【実験1】オキシドールに二酸化マンガンを加えた。
【実験2】亜鉛にうすい塩酸を加えた。
【実験3】石灰石にうすい塩酸を加えた。
これらの実験について、問1～問5に答えなさい。
問1【実験1】～【実験3】で発生した気体はそれぞれ何ですか。

問2【実験1】で発生した気体を集めるのに適した方法を何といいますか。また、その方法が適しているのは、発生した気体がどのような性質をもっているためですか。

問3【実験2】で発生した気体を集めた試験管の口に、マッチの火を近づけました。どのような変化が見られますか。

問4【実験3】について、次の（1）～（3）に答えなさい。
（1）発生した気体を特定するには、何という液体を用いますか。
（2）発生した気体を水にとかした液体は何性ですか。
（3）（2）の液体にBTB液を加えると何色を示しますか。

問5　次の（1）～（3）の気体は、それぞれ【実験1】～【実験3】のどの実験で発生した気体と同じですか。すべて選び、実験番号で答えなさい。
（1）ベーキングパウダーにお酢を加えると発生する気体。
（2）植物の光合成によって生じる気体。
（3）電気自動車の燃料電池の燃料として用いられている気体。

【解説と解答】
問1　実験1は酸素、実験2は水素、実験3は二酸化炭素が発生します。
（答え）1　酸素　2　水素　3　二酸化炭素
問2　酸素は水上置換で集めます。水に溶けにくい性質を持っているからです。
（答え）水上置換　水に溶けにくい
問3　水素はポンという音を立てて青白い炎を出して燃えます。
（答え）ポンという音を立てて青白い炎を出して燃える。
問4
（1)二酸化炭素ですから、石灰水にまぜて白くにごるかを確かめます。
（答え）石灰水
（2）炭酸水ですから酸性です。
（答え）酸性
（3）酸性に対してBTBは黄色になります。
（答え）黄色
問5
（1）二酸化炭素ですから実験3
（答え）実験3
（2）酸素ですから実験1
（答え）実験1
（3）水素ですから実験2
（答え）実験2

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気体に関する問題

2019年早稲田実業の問題です。

三角フラスコに二酸化マンガンを入れ，コック付きろうとから過酸化水素水を入れることによって，ある気体Ⅹを発生させました。発生した気体Ⅹは水上置換により集気ぴんに集めました。以下の問1－問5に答えなさい。

問1　次の（ア）～（キ）のうち，気体Ⅹの性質や特徴としてあてはまらないものはいくつありますか。0－7の数字を用いて答えなさい。
　　　　
（ア）無色，無臭である。
（イ）水にあまりとけない。
（ウ）生物が呼吸により取り入れる。
（エ）金属が燃えると，この気体Ⅹが結びつくため，燃える前よりも重くなる。
（オ）人体においては，ヘモグロビンと結びつき，各所へ運ばれる。
（カ）空気よりも重い。
（キ）通常，人のはく息（呼気）では，窒素の次に多く含まれる。

問2　この実験の反応に関して正しいものを，次の（ア）～（ウ）から1つ選び，記号で答えなさい。
（ア）過酸化水素水，二酸化マンガン両方とも，反応前とは違うものに変化している。
（イ）過酸化水素水だけが反応前とは違うものに変化し，二酸化マンガンは変化していない。
（ウ）二酸化マンガンだけが反応前とは違うものに変化し，過酸化水素水は変化していない。

問3　水上置換を行うとき，ふつうは最初に出てくる気体を集めずに捨てます。その理由を25字以内で書きなさい。ただし，句読点も文字数に含みます。

問4　A君とB君は，この実験をそれぞれ次の条件で行いました。発生する気体Ⅹの量について正しいものを，以下の（ア）～（ウ）から1つ選び，記号で答えなさい。ただし，両者ともに温度や気圧の条件はすべて同じとし，気体Ⅹの発生が見られなくなるまで十分に反応させているものとします。

A君：2.7％の過酸化水素水50cm3と二酸化マンガン0.41gを混ぜ合わせた。
B君：2.7％の過酸化水素水50cm3に水をを50cm3加えてから，二酸化マンガン0.41gを混ぜ合わせた。
（ア）発生する気体Ⅹの量は，A君の方が多い。
（イ）発生する気体Ⅹの量は，B君の方が多い。
（ウ）発生する気体Ⅹの量は，両者ほぼ同じである。

問5　次の1，2に答えなさい。ただし，水1cm3の重さは1g，温度や気圧の条件はすべて同じとします。

1　C君は，十分な量の過酸化水素水と二酸化マンガンを反応させて気体Ⅹだけを集気ぴんいっぱいに集め，その重さをはかると519.66gでした。一方，同じ集気ぴんに水を満たして，その重さをはかると771.3gでした。なお，このときの水の体積は252cm3でした。集気ぴんいっぱいに集めた気体Ⅹの重さは何gですか。答のみ書きなさい。

2　C君の部屋（荷物など何もない直方体の空間とします）の寸法が，縦7.5m，横6.4m，高さ2.1mで，この部屋いっぱいに気体Ⅹを満たしたとします。このときの気体Ⅹの重さは何kgですか。ただし，考え方がわかる式も書きなさい。なお，式以外の計算などは解答欄に書いてはいけません。また，計算の途中で割り切れない場合があっても四捨五入をしてはいけません。最終的な答えに小数点以下の部分があれば，小数第1位を四捨五入して整数で答えなさい。

【解説と解答】
問１発生する気体は酸素です。酸素の性質としてはすべて正しいので0です。
（答え）0
問２　二酸化マンガンは触媒ですから、変わりません。
（答え）イ
問３　三角フラスコ内の空気をまず出します。
（答え）三角フラスコ内の空気が混ざっているから。
問４水がはいっていても過酸化水素水の量が変わらないので、発生する酸素の量は変わりません。
（答え）ウ
問５
1　集気びんの重さは771.3－252＝519.3
酸素の重さは519.66－519.3＝0.36g
（答え）0.36
2　252cm3で0.36gです。部屋の体積は750×640×210cm3になるので、最後にkgに直して整数で答えます。
（答え）
式 0.36×{750×640×210}/{252}÷1000＝144
答え 144