✨ ベストアンサー ✨
いきなり説明しても難しいので、一旦全然関係ない話をしますが、後々繋がるので頑張って読んでください。
どんな反応でも、反応するときの質量の比は一定です。
例えば、マグネシウムと酸素から酸化マグネシウムができる反応ならマグネシウムが3gあったら酸素は2g反応するし、マグネシウムが6gあったら酸素は4gだし、マグネシウムが30gあったら酸素は20g反応します。つまり、どんな場合でも常にマグネシウムと酸素は反応比は3:2で一定です。これは十分に2つがあるときの話ですが、例えば仮に酸素だけを3.2g入れた容器があるとして、そこにマグネシウムを3kg=3000g入れて点火したとします。確かにマグネシウムはたっぷりありますが、酸素が全然ありません。今ある酸素分(3.2g)はもちろん使いきるので、Mg4.8gと酸素3.2g(=3:2)で反応しますが、反応したらもう反応できる酸素はなくなったのでMgは3000-4.8=2995.2g余ります。逆にMg3000gだとしても、もし酸素を6000g入れたら、Mg:O2=3:2なので、酸素が2000gだけ使われてMgは使いきられて酸素が4000g余ります。極端な例でしたが、要するに一方が少なすぎたり多すぎても、反応するときの質量比は一定なので一方が余ってしまうだけだということです。
ちなみに、「2Mg+O2→2MgOだから、係数比でMg:O2=2:1じゃないの？3:2ではないでしょ？」と思うかもしれません。確かにMg原子とO2分子の反応個数の比は2:1になりますが(Mg原子2兆個が反応したら酸素分子は1兆個反応、実際は200垓と100垓くらい)、いくら個数が同じでも1つ1つの重さが違います。同じ10個でも、卓球のピン球10個とメロン10個では重さが違うのと同じです。だから、個数の比を聞かれたら係数比を見ればいいですが、質量比を聞かれたら、中学生は実験データから判断するしかありません。Mg:O2=3:2は有名だし、僕は「原子量」というやつで計算できますが、入試ではちゃんとグラフが与えられるので全然知らない反応でもそこから読み取ります。
長くなったので一回切ります。
イのとき炭素目線では
炭素0.60gにたいして、酸化銅8.0gまで反応できます。酸化銅4.00gのときは「本当は酸化銅8.0gまで反応できるのに酸化銅が4.0gしかないから炭素余るやん」となっていましたが、酸化銅が5.0gに増えたので、それでもまだ炭素は余りますが反応できる量は前より増えます。
本当に長くなってしまってごめんなさい。質問があれば聞きます。
すごく分かりやすかったです！本当にありがとうございます！！
ここまでの説明が理解できていたらある程度理解しやすくなるはずです。実験ではマグネシウムと酸素ではなく、酸化銅と炭素の反応を起こしています。酸化銅は4.00gで一定です。これに炭素をだんだん加えていきますが、最初の方は酸化銅>炭素なので、酸化銅は「炭素全然ないからちょっとしか俺銅になれへん。ほとんど酸化銅のままやわ」となり(炭素目線だと「むっちゃ酸化銅おるけど俺そんなにおらんから、全部は銅にさせてあげられへんわ。」)、炭素が使いきられて酸化銅は一部酸化銅のまま未反応で残ります。それが図2の0.3より左側です。加え続けるとどこかのタイミングで絶対にちょうど反応するときがやってきます。そして、そのあとは酸化銅<炭素なので酸化銅4.00gにとって「そんなに炭素あったって俺そんなおらへんし無駄やで」(炭素目線だと「酸化銅全然おらんやん、俺全部二酸化炭素なれんとちょっと余るやん」)っていうことになりますね。それが図2の0.3よりも右側です。炭素を無駄に多く入れてるので、入れた分だけ余ってしまうから右肩上がりなんです。
つまり、酸化銅と炭素は4.00:0.30のときにちょうど酸化銅は全部銅になるし、炭素は全部二酸化炭素になります。Mg:O2は3:2でしたがCuO:Cは40:3で反応します。(個数比は2:1)
酸化銅を5.00gにしても、一番最初に話したように質量比はずっと一定なので、5.00:x=40:3よりx=3/8gだから、酸化銅5.00gとぴったり反応するのは3/8g(=0.375g.有効数字2桁なので0.38g)だとわかります。
(ア)0.20gだと、これより炭素が少ないので酸化銅は余り、(イ)0.60gだとこれより炭素が多いので炭素が余ります。
(ア)のとき炭素目線では
炭素0.20gは3:40より酸化銅8/3g(=2.67g)まで反応できます。しかし、酸化銅は4.00gのときでも2.67より多いから銅になれないやつがいたのに、5.00gにしたところで酸化銅2.67g分は銅になるものの、これ以上反応できないのは一緒です。よって、変わりません。