溶解の問題（大学受験問題）

質問

大学受験問題です。自分で解いた答えと解答が異なりました。かつ解答をよんでも納得いかないところがあります。解答と自分の答えを書きました。よろしくお願い致します。

塩酸に炭酸カルシウムを加えると、次のように二酸化炭素が発生する。
CaCo3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2
1, 炭酸カルシウムの粉末を1.0gずつ薬包紙にとり、6回分用意する。
2, 4mol/lの塩酸20mlをメスシリンダーで計りとり、コニカルビーカーに入れる。
3, 溶液が入ったコニカルビーカーと薬包紙上の1.0gｋ炭酸カルシウムとの全体の質量を測定する。
4, 1.0gの炭酸カルシウムの粉末を少量ずつ投入し、反応が終わったら、ストローでビーカー内の気体を吹き出す。
5, 容器ごと質量をはかる。
6, 3-5を繰り返す。
上の実験結果より、加えた炭酸カルシウムの質量と、減少量の累計との関係を書け。

解答
使用した塩酸の物質量は0.080molであるから、これとちょうど反応する炭酸カルシウムの質量は4gとなる。
したがって、炭酸カルシウム4gまでは反応が進んで、コニカルビーカーの総質量は減少するが、それ以降は反応が停止する（☆）ので、減少しなくなる。
また、減少量は二酸化炭素に起因するので、CaCO3 4gのときのCO2の生成量x（g）を求めると1.76g

☆までは理解できますが、「減少量は二酸化炭素に起因する」の意味がわかりません。

私の考え方だとCaCO3を4g加えたとき、
減少量はCaCO3（4/100*100） + HCl(8/100*36.5)
増加量は、CaCl2(4/100*111)
（CO2は発生するが、題意（４）よりビーカー内の気体を吹き出すので、増加しない。）
よって、減少量は、{（4/100*100） + (8/100*36.5)}　-　(4/100*111)　=　2.48gとなりました。

私の考え方のどこが間違っているのでしょうか。どなたかご存知の方ご指摘をよろしくお願いいたします。

回答No.3

noname#62864

補足です。
問題では、単に「質量の変化」が求められています。
したがって、追加した物質（CaCO3）の質量と、容器から出て行った物質（CO2）の質量の差を考えれば良いことになります。
したがって、反応後もビーカーの内部にとどまる物質（CaCl2およびH2Oなど）の重さを計算する必要はありません。
ただし、どの物質が出て行くかを判別するためには正しく反応式を書く必要がありますし、その物質量を計算する必要はあります。
したがって、CaCO3を「0.04mol」加えたことと、その質量が「4.0g」であることと、発生したCO2が「0.04mol」であり、その重さが「1.76g」であることを計算する必要はありますが、「　」内の値以外の計算は不要ということになります。

お礼

ありがとうございます。再考してみます。

回答No.2

noname#62864

ビーカー内の気体を吹き出すという表現がわかりにくいですが、この手の問題のパターンから考えれば、「発生したCO2を全て追い出す」という意味でしょう。
つまり、溶液から発生した二酸化炭素は、すべて水溶液から外に出ますが、これは空気よりも密度が大きいために、ビーカーの内部（水溶液の上の気体部分で、ビーカーのふちよりも下の部分）にたまっているかもしれないので、それが原因ですこし重く表示されるかもしれない。そこで、これを吹き飛ばして、空気で置き換えてやるということでしょう。

ただし、全体として設定があいまいで、もう少し出題方法に工夫が欲しいと思います。まあ、これは出題者の問題ですが。

ちなみに、質問者さんの考え方では、反応で生じた水が行方不明です。水の重さは18x0.04=0.72gです。これを2.48から引けば、1.76gということになります。
正しく欠いた反応式をチェックするのは基本ですね。

お礼

早速のご解答ありがとうございます。水の重さがありました。水に気がついてはいたのですが、なぜか無視して考えていてしまいました。なるほど、水の重さを考慮すると解答と同じ答えになりました。ありがとうございます。

ところで、私の考え方も間違いではなかったということはわかりましたが、もう一つ疑問があります。解答はどうしてあのようにスマートなのでしょう。つまり、二酸化炭素の減少量のみを計算していますよね？私の考え方だと他のものもすべて考慮しています。それに解答の方法の方が早くて、私の方法はどうも遠回りのようです。

そこで、再度の質問で大変申し訳ないのですが、解答の方法はどうして二酸化酸素の重量のみを考慮して、他の物質は考慮していないのでしょう？よろしくお願いいたします。

回答No.1

c80s3xxx

単純に操作を誤解しているんだと思いますが．
もしこれが塩酸でなく水（反応が何も起こらない）だったらどうなると理解してますか？