酸化銅の還元について

質問

こんばんは。私は中3のnora12です。
理科の問題で酸化銅の還元に関する問題があったのですが答えが合っているか自信がないので質問させてください。

その問題というのが以下の通りです。
１００ｇの酸化銅に5グラムの水素を混ぜて加熱したが、酸化銅も水素も完全に使われず、反応が途中で終わってしまった。発生した水の量は１８ｇである。なお酸素と水素が化合する質量の比は１：８とする。
このときの銅と使われた水素の質量を求めよ

この通りなのですが銅の質量は６４ｇ、水素の方が２ｇとでました。
ですが、水素の方が過不足なく還元されたときの質量が2.5ｇと0.5グラムしか差がないので変な風に感じるのですがどうなのでしょうか？
こういう場合でも完全に還元されたときとそうでないときの還元剤の質量の差が小さいこともあるのでしょうか？それともこの値自体間違っているでしょうか？

答えをなくしてしまったので正解が分からず困っています。
皆様の御回答お待ちしております。

回答No.3

marumets · ベストアンサー

中学生なのですね。

中学の学習範囲でいえば、その答えで正解だと思います。

中学の学習範囲に捕われないとすれば、この設問自体に多少問題があるかもしれません。

酸化銅にはCuO酸化第二銅だけでなく、Cu2O酸化第一銅というものもあります。

当初の酸化銅がCuOであったとしても、これに水素を添加して過熱した場合、CuOが還元されますが、この際CuとともにCu2Oも生成する可能性があります。充分に反応させれば、水素の量が過剰ですから最終的には全てCuになるでしょうが、本設問の用に反応が完結しない状態では、Cu2Oも存在すると思われます。

とすると、反応に使われた水素の量はわかりますが、銅の量というのは確定しないでしょう。（Cu2Oの存在を無視した場合には、貴方の回答が正解となります）

また、反応は瞬時に完結するものではなく、一定の時間が掛かりますので、条件によって未反応の物が残存することは、ままあります。
この場合反応が80％しか進行していなかったということですね。

お礼

ありがとうございます。
酸化第一銅・・はじめて知りました。
酸化第一銅が発生する場合は銅の量は確定しないのですね。
これからの理科の学習に役立てていきたいと思います。

貴重なご意見ありがとうございました。

回答No.4

ht1914

＞１００ｇの酸化銅に5グラムの水素を混ぜて加熱したが、酸化銅も水素も完全に使われず、反応が途中で終わってしまった。発生した水の量は１８ｇである。なお酸素と水素が化合する質量の比は１：８とする。
このときの銅と使われた水素の質量を求めよ

問題文はこれだけでしょうか。
だとしたら私には解くことが出来ません。
問題文が抜けているのではないでしょうか。

＞酸素と水素が化合する質量の比は１：８とする。
（比が逆ですね。）

この文章からこの問題では原子量を使わないという条件のはずだと考えられます。中学校ですからこの条件は納得できます。そうであれば酸化銅に対しても同じような表現がなければいけません。
「銅と酸素が化合する質量の比は４：１であるとする。」
これがなければ解けません。
この比が与えられていれば酸化銅の種類も指定したことになります。

原子量も質量の比も与えられていないのにどの様にして還元されて生じた銅の質量が６４ｇだと求められたのでしょうか。

お礼

ありがとうございます。
すいません。問題文が抜けていました。比も逆でした。

今度質問する際は気をつけたいと思います。
貴重なご意見ありがとうございました。

回答No.2

fukfuku

着眼点がいいですね。理科の素質があると思います。当方、高校受験を生業としているため、質問の質が優れていると感じました。
問題の貴方の答えは大正解です。日本の半分以上の中学生が答えられないと思います。ぶっちゃけ、３割程度しか正解しません。

＞水素の方が過不足なく還元されたときの質量が2.5ｇと0.5グラムしか差がないので変な風に感じるのですがどうなのでしょうか
ごもっとも。質量差が小さいため不思議に思われるかもしれませんが、気体の重さ(質量)は大変軽いのでその問題も間違えでは無いのです。
酸化銅粉末の置き方、送る水素のスピード、加熱の不足などの原因が考えられます。

頑張ってください。

お礼

ありがとうございます。
正解ですか。安心しました。べた褒め(？)されてしまったので少し嬉しいです。
実験の場合によってはこのような場合も考えられるのですね。
頑張りたいと思います。

貴重なご意見ありがとうございました！

回答No.1

Ichitsubo

>水素の方が過不足なく還元されたときの質量が2.5ｇと0.5グラムしか差がないので変な風に感じるのですがどうなのでしょうか
>質量の差が小さいこともあるのでしょうか
差がほとんど無いことだってあっていいと思いません？
変に感じること自身が変に思えます。
検算をするなら、過不足無く水素が反応したときの2.5gより、計算で求めた実際に反応した量の2.0gが小さいことから、間違ってなさそうだ、と考えましょう。計算で求めたのが3.0gだと明らかに間違いです。

そして、さらにつっこみを入れたいのですが、
この反応では水素は還元されません。水素は酸化されています。
還元されたのは銅です。
酸化と還元は常に一対の関係にあり、酸化銅が還元されているとき、必ず何かが酸化されます。ここでは水素です。確かに水素は酸素を受け取って水になっていますね。

お礼

ありがとうございます。
いままで学校のワークとかやっていると差が大きいのばかりだったので・・・そのせいで変に思ってしまったかもしれません。

水素が酸化されたのが水ですよね。酸化銅が還元されたときの水素の量と書こうとしたんですが全く異なることを書いてしまってすいません。

これからの理科の学習でもこのことを生かして生きたいと思います。
貴重なご意見ありがとうございました！