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問題文は長いですが、要するに実験1では塩酸と石灰石(炭酸カルシウム)を混ぜて反応させた、実験2では塩酸と炭酸水素ナトリウムを混ぜて反応させたということです。
問1,2
これらはともに教科書に書いてある基礎的な内容を問うています。教科書に出てくる化学反応等は覚えておきましょう。2つとも、反応で二酸化炭素が発生します。二酸化炭素だと分かれば、その性質を答えれば良いのでオです。問2は質量保存の法則です。
問3
ここから本格的に実験の内容を読みとって解く問題になります。まず、実験1では塩酸の量は変えずに30gのまま、石灰石の量を2.0g, 4.0g, …と増やしていることが表と文からわかります。Ⅰでは容器、塩酸、石灰石の合計の質量を計測しています。なので、容器の質量は全体の質量から塩酸と石灰石の質量を引けば求まります。塩酸は常に30gで、石灰石の質量10gの時には全体が160.40gであるから、160.40-30-10=120.40gです。
Ⅱではふたを閉めたままの状態で反応させた後の質量を計測しています。当然、反応前後で質量は変化しない(問2)ので同じ値です。Ⅲでは容器のフタを開けたことで気体の二酸化炭素が空気中に逃げたので質量が減少します。つまり、(Ⅱの質量)-(Ⅲの質量)を計算すると、反応で生じた二酸化炭素の質量が求まります。これを計算して表の下の空いているところにでも書いておくとよいです。
石灰石2g→152.40-151.52=0.88g
石灰石4g→154.40-152.64=1.76g
石灰石6g→156.40-153.76=2.64g
石灰石8, 10, 12g→3.30g
実験2についても同様に計算すると
石灰石4.2g→2.20g
石灰石6.3g→3.30g
石灰石8.4gから14.70gまで→4.40g
問4
上記のことから、塩酸30gに対して、石灰石が6.0gまでは二酸化炭素発生量が増加していたが、8.0g以降は二酸化炭素発生量に変化がないことがわかります。これは、塩酸は30gしかないのに、石灰石だけ増えたところで反応相手がいなくて反応できないからで、反応できない分は、未反応のまま石灰石として残ります。ゆえに、エオが答えです。
とてもわかりやすかったです。ありがとございます!
問5
石灰石を2.0gずつ増やして実験した結果、6.0gまでは気体発生量が増え、8.0gからは気体発生量が一定になったことから、この間にちょうど塩酸30gと反応して塩酸も石灰石が0になるような点が存在するはずです。石灰石1g増やすと0.44gずつ増えていることがわかるので、石灰石をx(g)加えたときに発生するCO₂は0.44xと表せます。(限界量に達する前までは)0.44x=3.30を計算すると、x=7.50となるので答えは7.5gです。
問6
前の問題から塩酸30gに対して石灰石7.5g加えたときちょうど反応して、CO₂が3.30g発生することがわかります。ゆえに、12g加えたときには、未反応の石灰石は12-7.5=4.5gであることがわかります。4.5gの石灰石に対して、発生するCO₂の量は、y=0.44×4.5=1.98gです。
問7①
NaHCO₃+HCl→NaCl+H₂O+CO₂
なので残った固体は塩化ナトリウムです。
②
固体の量を2倍(11.70は5.85の2倍)にしたいので、過不足なく反応するときの石灰石の量を求めて、その2倍量の石灰石を入れてやれば良いとわかります。
石灰石2.1gあたりCO₂は1.1gずつ増えており、8.4gで4.4gとなりそこからは増えません。ちょうど8.4gのときに過不足なく反応するのでその2倍の16.8gが答えです。
③
実験1
塩酸30gと過不足なく反応する石灰石は7.5g
実験2
塩酸20gと過不足なく反応する石灰石は4.4g
塩酸の量を合わせたいので、塩酸60gあたりを考えると(20と30の最小公倍数)それぞれ7.5×2=15gと4.4×3=13.2gになるので、150:132=25:22が答えになります。
この分野のコツは、まずは基本的な化学反応を覚えることです。そうしないと、何が発生するのか等わからないからです。それができたら、簡単な計算問題に取り組んで、基本的な原則(反応前後で質量一定、反応比は決まっている)を理解しましょう。そのうち数をこなせば難しい計算問題も解けるようになります。
本当にありがとうございます。
これからも頑張っていきます!
ここまでで分からないこと等あれば聞いてください。何か返信してくれたら、問5以後解説します。