化学反応式など3連発(中高レベル)

質問

いつもお世話になっております。
マークシート試験の過去問について質問させて下さい。
得意な方には比較的易しいと思われる問題です。

Q1. 一酸化炭素1Lと酸素をxLを容器に入れ完全燃焼させると
体積1.5Lとなった。ここで燃え残った酸素は何Lか。
ただし2CO+O2->2CO2(以上問題文)

ここで、正答が0.5Lとなることが、問題解説を読んでも
理解できません。そも、解説に「一酸化炭素2Lと酸素1L
から二酸化炭素2Lが生じる」とあるのが難解です。
具体的な考え方を御教授頂けると、幸いです。

Q2. FeS2を完全燃焼させるとFe2O3とSO2が生成する。
FeS2を2mol完全燃焼させるには酸素何mol必要か。
(以上問題文)

解説では、4FeS2+11O2→2Fe2O3+8SO2
このような化学反応式になるとの事なのですが、
この式を何度やっても組み立てることができません。
初歩的かもしれませんが、アドバイスをお願い致します。

Q3. 水酸化ナトリウムは空気中の二酸化炭素と、
2NaOH+CO2 → Na2CO3+H20
と反応をする。水酸化ナトリウム水溶液は使用前に中和滴定で
正確に濃度を求める必要がある。
今1.0mol/Lにして保存していた水酸化ナトリウム1.0Lがある。
これを10mL取り、1.20mol/Lのシュウ酸(2価)を滴下すると
2.5mLで中和点に達した。
このとき保存語の水酸化ナトリウム水溶液中に存在していた、
水酸化ナトリウムは（　あ　）molであり、水酸化ナトリウムと
反応した二酸化炭素は（　い　）molである。
（　あ　）（　い　）に入る数値はなにか。
(以上問題文)

解答には、あ＝0.6、い＝0.2とあり、
ここで「あ」の計算過程（X×10=1.2×2.5×2 x=0.6）は
理解はできるのですが、「い」の求め方が分かりません。
1.0-0.6=0.4[mol]
2NaOH+CO2→Na2CO3+H20
　　（0.4）（0.2）
このような式は何を意味するのでしょうか。

長文になってしまい大変失礼いたしました。
是非、宜しくお願いを申し上げますm(__)m

回答No.7

windwald · ベストアンサー

それでOKです。私はヒントしか出していません。
ご自分で解かれたのです。お疲れ様でした。

残量がある問題ではこのように「増減表」を書くとわかりやすくなります。
そのときに、既に分かっている量→反応量→計算で求まる量とするとよいでしょう。
また、「求めよ」とされた量をxとする、という方程式の定石も使えます。

なお、この「増減表」という言葉は私がかってにそう呼んでいるだけのものですので、一般には通じません。

お礼

この度は最後まで当方にお付き合い下さり
本当にありがとうございました。

当初は安易な解答を求めての質問投稿でしたが、
自分で考えながら問題を解いていったことで、
これほど理解が進んだのは初めてかもしれません。

簡単な問題のようで実はこれだけ処理する必要がある、
という点は上辺だけの回答でしたら理解することは
決して出来なかったでしょう。

その意味で文句なく#2さんに今回のBAを
捧げたいと思います。また、質問者の遅い理解に
長々とお付き合い頂いたことに感謝しております(＾＾)

機会がございましたら、また宜しくお願いを申し上げます。

回答No.6

windwald

>(1)
>　　　2CO　＋　O2　→　2CO2
>初め　　1L　　　x　　　　0
>反応
>―――――――――――――
>残り　　0　　　 A　　　　1.5L
>イ　O2の残りは求める解答であり、Aと置きます
>ロ　COの残りは残っていないとし0とします
>ハ　CO2の残りは問題本文より1.5Lとします
「ハ」がダメです。問題本文にはどこにもそんなことは書いてありません。
残った気体が1.5L(つまり酸素と二酸化炭素あわせて1.5L)なのであり、二酸化炭素が1.5Lではありません。

>(2)
>　　　2CO　＋　O2　→　2CO2
>初め　　1L　　　x　　　　0
>反応　　1L　　　B　　　 1.5L
>―――――――――――――
>残り　　0　　　 A　　　　1.5L
>イ　COの反応は1L-あ=0　あ=1Lとします
>ロ　CO2の反応は0+い=1.5L　い=1.5Lとします
>ハ　O2の反応は不明なのでBと置きます
「(1)ハ」の誤りより、「(2)ロ」が誤りです。
また「(2)ハ」もO2の反応量は不明ではないので意味がありません。

反応する物質量や気体の体積の比は係数の比です。これを利用しなければなりません。
そして(1)ロとハの間で反応量の比を考える必要があります。

お礼

この度は長々とお付き合いくださり感謝しております。
詳細の御礼コメントは#7にまとめさせて頂きます。

補足

早速の御回答を頂き、有り難うございます。

増減表を何とか完成させることがでました。
今度こそは正解出来ていると嬉しく思います。
正答出来ましたら全て#6さんのおかげです。

　　　2CO　＋　O2　→　2CO2
初め　　1L　　 1L　　　 0
反応　　1L　　 0.5L　 1L
―――――――――――――
残り　　0　　　0.5L 　　 1L

1)　2COが全て反応したので「反応1L」「残り0」とおく。

2)　CO:O2:CO2の係数比2:1:2を頭に入れる。
　　1)より2COの「反応1L」とおいているから、
　　CO、O2、CO2それぞれの「反応」に着目し
　　1L:0.5L:1L（2:1:2より）とする。

3)　CO2に着目し「初め」+「反応」=「残り」の
　　増減表の関係よりCO2について「残り1L」とおける。

4)　問題本文に「反応後の体積1.5L」とある。
　　#6さんの御指摘より「酸素と二酸化炭素を合わせて1.5L」と
　　解釈すると、当該数値は「O2」と「2CO2」の和であると
　　考えられる。したがって「O2」について「残り0.5L」とする。
　　（1.5L-1L=0.5Lより）この段階で正答が出る。

5)　問題文中におけるxL、すなわちO2の「初め」については
　　「初め」-「反応」=「残り」の増減表の関係より逆算し、
　　0.5+0.5=1Lが判明する。

以上の処理が質問者による勝手な勘違いの可能性もありますが、
カチッとハマった感触があるので正答出来た気がします。

先達の目からみてミスなど無いことが判明しましたら、
前言通りに質問を〆切らせて頂きます。

それでは、宜しくお願いを申し上げますm(_ _)m

回答No.5

windwald

#2です。補足読みました。
＞1. 2CO2が0となるのは何故でしょうか?
区切りがおかしいですね。2CO2ではなく、CO2です。
最初はなかったんだから0でしょう。常識的に考えれば。

＞2. 増減表を全て埋めるとどのような数値が入りますか?
実に基本的なところですからそれは自分でやってください。
反応のところが係数比になるんですよ。
反応物は反応の量だけ減るし、生成物は反応の量だけ増えます。

お礼

この度は長々とお付き合いくださり感謝しております。
詳細の御礼コメントは#7にまとめさせて頂きます。

補足

早速に御回答を頂き、有り難うございます。
>最初はなかったんだから0でしょう。
>区切りがおかしいですね。2CO2ではなく、CO2です。
言われてみればという感じですｗ
御指摘なければ気が付けなかった。

増減表を質問者なりに以下の手順で埋めてみました。

(1)
　　　2CO　＋　O2　→　2CO2
初め　　1L　　　x　　　　0
反応
―――――――――――――
残り　　0　　　 A　　　　1.5L
イ　O2の残りは求める解答であり、Aと置きます
ロ　COの残りは残っていないとし0とします
ハ　CO2の残りは問題本文より1.5Lとします

(2)
　　　2CO　＋　O2　→　2CO2
初め　　1L　　　x　　　　0
反応　　1L　　　B　　　 1.5L
―――――――――――――
残り　　0　　　 A　　　　1.5L
イ　COの反応は1L-あ=0　あ=1Lとします
ロ　CO2の反応は0+い=1.5L　い=1.5Lとします
ハ　O2の反応は不明なのでBと置きます

ここまでは恐らく合っているかと思えるのです。
ただ、この先へ進むことができません。
係数比がCO:O2=2:1ですから0.5Lの値を、
初め=x　反応=B　の一方、若しくは両方に
代入してみますと、求めるAの値が0.5Lにならず。

そも、増減表における「縦」の関係は、
初め+反応=残り
初め-反応=残り
のいずれかとなることは、#2さんのコメントのおかげで
わかりやすく把握出来たのですが、「横」の動き方が、
いまだに掴めていない状態なのです。

私の認識に相違など御座いましたら、ご指摘を下さい。

非常に基本的な事を長々とお聞きして心苦しいのですが、
本問の正解をもって質問を〆切らせて頂きますので、
何卒よろしくお願いを申し上げますm(__)m

回答No.4

toraccha

Q3「い」の解答について

>1.0-0.6=0.4[mol]
はじめ，1.0 mol/Lにして保存してあったのが，0.6 mol/Lになっていた。(「あ」から)

1 L中に含まれていたNaOH1.0 molのうちCO2と反応した量は
　はじめあった量(1.0 mol)－残っていた量(0.6 mol)＝反応により減少した量(0.4 mol)
として求められる。(0.4 mol)

>2NaOH+CO2→Na2CO3+H20
>　　（0.4）（0.2）
反応式より，NaOHとCO2は2:1で反応するので，
0.4 molのNaOHと反応したCO2は，その半分の0.2 mol…答

ということだと思います。

なお，他の方も指摘されているように，この問題は設定にかなり無理があると思います。
(実際のことを考えずに，数字だけで答えることは一応可能でしょうが)
まず，シュウ酸は溶解度があまり大きくないので，温度がかなり高くないと1.2 mol/L溶液を作るのは困難でしょう。
また，
H2C2O4 + 2NaOH→Na2C2O4 + 2H2O
の終点をどうやって見つけるかも難しそうです。
指示薬に，水酸化ナトリウムとシュウ酸の組合せの滴定でよく使うフェノールフタレインを用いて，赤色が薄くなるところまでシュウ酸水溶液を滴下するとします。このとき，シュウ酸はNaOHだけではなくNa2CO3とも反応し，大半のNa2CO3をNaHCO3に変化させることにも使われます。これでは「残っているNaOHの定量」はできません。

お礼

この度は早速に御回答を下さりありがとうございました。

Q3はやはり奇問なのですね。にもかかわらず、
当方の疑問点に簡潔明快に答えて下さっているので、
#4さんに今回の準BAとさせて頂きたく思います。

またの機会がございましたら、よろしくお願い申し上げます。

回答No.3

malaytrace

>Q2. FeS2を完全燃焼させるとFe2O3とSO2が生成する。
FeS2を2mol完全燃焼させるには酸素何mol必要か。
(以上問題文)

目算法でも可能ですよ。
( )FeS2+( )O2→( )Fe2O3+( )SO2
係数は比なので、どこかの係数をまず決めないといけません。
大抵は先頭の物質からになります。条件としては、左右の両辺に１回ずつしか出て来ない原子を含む物質なのですが、そういう物質は左辺では先頭（左）に書く人が多いのです。燃焼の反応式でO2から書く人はよほどのへそ曲がりでしょう。「石油が燃える」と言わず、「酸素により石油が燃やされる」というような人、いますかね。
で、左右の原子数が合うように係数をキャッチボール式で決めて行く訳です。
FeS2から行くと、これを1にすると、いきなりFeの数が合わない、つまりFe2O3の係数が整数にできないですよね。だから2FeS2とし、1（書かない）Fe2O3としてみます。Sは左右4個なので、4SO2。
これで右辺のO原子は11個。しかし奇数なので左辺のO2の係数を整数にできない。2倍の22個にすれば大丈夫ですね。
だから、FeS2の係数を4にし、2Fe2O3と8SO2にします。O2は11になります。
数があったら、最も簡単な整数比になっていることを確認してください。

お礼

早速に御回答を下さりましてありがとうございました。

この度はQ2を詳細に解説して頂き大変参考になりました。
キャッチボールという例えがうまかった上に、
>奇数なので左辺のO2の係数を整数にできない。
>2倍の22個にすれば大丈夫ですね。
ここで詰まってしまったので、疑問が氷解出来ました。

機会がございましたら、よろしくお願い申し上げます。

補足

早速に御回答を下さりましてありがとうございました。

この度はQ2を詳細に解説して頂き大変参考になりました。
キャッチボールという例えがうまかった上に、
>奇数なので左辺のO2の係数を整数にできない。
>2倍の22個にすれば大丈夫ですね。
ここで詰まってしまったので、疑問が氷解出来ました。

機会がございましたら、よろしくお願い申し上げます。

回答No.2

windwald

1
「酸素が残った」とあることから、一酸化炭素は残っていないとして良いでしょう。
つまり、一酸化炭素の全てが反応したと考えます。
とすると、反応した量・生成した量は一酸化炭素、酸素、二酸化炭素について何Lでしょうか。
係数比から出すのは基本ですね。

この手の問題では、次のような増減表を書くのが整理しやすいと考えます。
　　　2CO　＋　O2　→　2CO2
初め　　1L　　　x　　　　0
反応
―――――――――――――
残り

2
係数の入れ方だけが分からないのですね。
時間はかかるが確実な「未定係数法」があります。
係数は分からなくとも、FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2
はできますよね(この程度できないとは言わせない)。
これに係数をa,b,c…と振り、各元素ごとに原子の個数の等式(左右で等しい)を作ります。
　　　　aFeS2 + bO2 → cFe2O3 + dSO2
Fe原子：
S原子：
O原子：
係数のひとつどれかに1を代入して、a―dを全て求めます。
分数になってしまったら、全てに同じ数をかけてやり、
最も簡単な整数比になるように持って行けば終わり。

3は問題設定が確かにおかしいようです。

お礼

この度は長々とお付き合いくださり感謝しております。
詳細の御礼コメントは#7にまとめさせて頂きます。

補足

迅速な御回答に感謝です。質問者です。

Q1の解法における増減表についてなのですが、
質問をさせて頂きたく存じます。

　　　2CO　＋　O2　→　2CO2
初め　　1L　　　x　　　　0
反応
―――――――――――――
残り

1. 2CO2が0となるのは何故でしょうか?
2. 増減表を全て埋めるとどのような数値が入りますか?

質問者なりに問題を再検討したのですが、
問題の意味自体がよく分かっていない事もあり難解です。

結局的に本問は、
「CO2:O2:=2:1　であるから　CO2 1L　ならば　O2 0.5L」
「1.0L+xL=1.5L　x=0.5」
このように考えれば解くことができるのでしょうか....。

私なりにも、もう少し考えていきたいと思うので、
いましばらく御協力をお願い申し上げますm(__)m

回答No.1

alwen25

Ｑ１
単なる比例計算です。
完全燃焼なので一酸化炭素の２分の１で
0.5L(ただし、圧力の変化がないなら反応後は１Ｌのはずです。）

＞解説に「一酸化炭素2Lと酸素1L
から二酸化炭素2Lが生じる」とあるのが難解です。

気体反応の場合、化学反応式の係数をそのまま使えばいいです。

Ｑ２
連立方程式を考える。
決まらない未知数があると思うので適当に数値を入れ
整数になるように調整する。

Ｑ３
これは、問題がおかしいと思います。
シュウ酸より炭酸が強い酸だと言いたいのでしょうか。
分析化学はあまり得意ではないので、酸解離定数は分かりませんが。

お礼

早速に御回答を下さりまして有り難うございました。

3つの問題文を1スレッドにのせるという当方の
横着でしたが3問すべてに答えて頂いたところが
非常に良かったと思います。

また機会がございましたら、宜しくお願い申し上げます。