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思考力問題にチャレンジ
酸化銅の還元 (23埼玉改)
科学部のFさんとHさんはクジャク石 (図1)について調べ、 熱分解によって酸化銅(図1
になることを知った。 そこで、すりつぶして粉末にしたクジャク石を試験管に入れ、ガ
スバーナーでじゅうぶんに加熱する実験を行ったところ、 試験管から黒い粉末 (試料 A
とする) がとり出された。
Fさん: 試料Aは純粋な酸化銅なのかな。
AN
Hさん:クジャク石は天然のものだから、多少の不純物は混じっていると考えるべきだろうね。
Fさん:そうすると、炭素粉末と反応させるだけでは純粋な銅は得られないね。 不純物の割合をできる
だけ低くするには、試料Aをどれくらいの炭素粉末と反応させればいいんだろう。
Hさん:炭素粉末を加え過ぎても、反応しなかった分が不純物になってしまって、銅の割合が低くなる
よね。 加える炭素粉末の質量を変えて実験してみよう。
方法 ① 試料 A 2.50g と純粋な炭素粉末 0.06gをよく混ぜた。
表現力
UP
記
ステップ
●水の電気
リウムを
両方の電
陰極側て
かめる方
2銅の化
熱した
ように
図2 混合物スタンド
ゴム管
② ①の混合物を全て試験管Pに入れ、 図2の装置で、気体がガ
発生しなくなるまでじゅうぶんに加熱した。
ス
バ
P
ガラス管、
3 銅と面
③ 試験管Qからガラス管の先をぬいて加熱をやめ、ゴム管をナ
ピンチコックでとめた。
④ 試験管Pが冷めた後、 残った粉末 (試料とする) の質量を
測定した。
人
石灰水
き混ť
質量
なぜ
⑤試料Aの質量は2.50gのまま、炭素粉末
の質量を0.12g、 0.18g、 0.24g、0.30g
に変え、 ①〜④と同じ操作を行った。
試料 A[g]
炭素粉末 [g]
試料 B[g]
結果 石灰水は白くにごり、 質量は表のようになった。
2.50 2.50 2.50 2.50 2.50
0.06 0.12 0.18 0.24 0.30
2.34 2.18 2.02 2.08 2.14
※炭素粉末と酸化銅の少なくとも一方は、完全に反応したものとする。 また、 炭素粉末は試料A中の酸
化銅としか反応ないものとし、 試料 A中の不純物は加熱しても反応しないものとする。
10.32
素 0.16
イ 0.80
の二 0.64
質酸 0.48
¥0.32
'00.06
加えた炭素粉末の
質量と発生した二酸
化炭素の質量の関係
を表したグラフとし
て最も適切なものを、
右のア~エから選び
なさい。
ア 0.80
0.48
質酸
の二 0.64
素 0.16]
09
'00.06
20.18 20.30
炭素粉末 [g]
ウ 1.10
の二 0.88
I 1.10
□ (2) 試料 A 2.50gから
酸 0.66
$0.44
素 0.22
の質量[g]
0.88
一酸化炭素
20.66
得られる試料Bの銅
の割合をできるだけ
0 0.06
炭素粉末 [g]
0.18
0.30
0.18 0.30
炭素粉末 [g]
1401
ポイント
0
E
(2) 実験で起こる化学変化は
2CuO+C→2Cu+CO2。
CO2はCとOでできている
ので、発生したCO2の質量
と反応したCの質量から、
反応にかかわった 0 の質量
を求めることができる。
入試
④熱分
酸水
み方
その
⑤ 燃
す
10.44
C
€0.22
(1)
6 円
0 0.06 0.18
炭素粉末 〔g〕
20.30
か
高くするには、 何gの炭素粉末と反応させるのが最も適切か。 また、その
(2) 炭素粉末
し
楽園(
とき得られる試料B中の銅の質量は何gか。 ただし、酸化銅は銅と酸素が
銅
4:1の質量比で結びついたものとする。
36
(東)2日
