中等部３学年のチャレンジ問題−原子量・分子量・物質量編−です。基本から難問まで幅広くありますから，頑張って下さい。また，各問題の解答もあります。きちんと最後まで解いてから答えを合わせましょう。

問題

１　水18mgのなかで，共有結合にかかわっている電子の総数はいくつか。最も適当な数値を，次の�@〜�Dのうちから一つ選べ。ただし，アボガドロ数を6.0×10²³とする。

�@0.6×10²¹ 　�A1.2×10²¹ 　�B1.8×10²¹　�C2.4×10²¹ 　�D3.6×10²¹　　　　　〔９５センター試〕

２　スクロース（ショ糖Ｃ_１２Ｈ_２２Ｏ_１１，分子量３４２）８ｇとグルコース（ブドウ糖Ｃ_６Ｈ_１２Ｏ_６，分子量１８０）１ｇの混合物がある。この混合物中のスクロース分子の数は，グルコース分子の数の何倍か。最も近い値を次の�@〜�Iのうちから選べ。Ｈ＝１．０，Ｎ＝１４

　　�@２．１　　�A４．２　　�B６．３　　�C８．４　　�D１０　　�E１２　　�F１４　　�G１６　　�H１８　　�S２０

３　アンモニア（ａ），メタン（ｂ）およびエタン（ｃ）の３種類の気体がある。次の１および２にあてはまるものを次の�@〜�Eのうちから一つずつ選べ。Ｈ＝１．０，Ｃ＝１２，Ｎ＝１４

　１．０℃，１ａｔｍ，１リットルの気体中に含まれる水素原子の数の大小の順序
　２．１ｇの気体に含まれる水素原子の大小の順序

　　�@ａ＞ｂ＞ｃ　　�Aａ＞ｃ＞ｂ　　�Bｂ＞ａ＞ｃ　　�Cｂ＞ｃ＞ａ　　�Dｃ＞ａ＞ｂ　　�Eｃ＞ｂ＞ａ

解答・解説

１　水分子の電子式Ｈ：Ｏ：Ｈより，水１分子中の共有結合にかかわっている電子は４個である。したがって水１８ｍｇ＝１８×１０^−３ｇ中では，

　　（１８×１０^−３／１８）×６．０×１０^２３×４＝２．４×１０^２１（個）　　　よって　�C

２　スクロース分子の数／グルコース分子の数＝スクロースの物質量／グルコースの物質量

　　＝（８／３４２）／（１／１８０）≒４．２１（倍）　　　よって　�A

３　アンモニアＮＨ_３（分子量１７），メタンＣＨ_４（分子量１６），エタンＣ_２Ｈ_６（分子量３０）について，

１．同温・同圧・同体積の気体中には気体の種類に関係なく同数の分子が含まれている（アボガドロの法則）。よって，０℃，1atm，１リットルの気体中に含まれる水素原子数の大小の順は，それぞれの気体の１分子中に含まれる水素原子の数の大小の順に等しい。　　　よって　�E

２．１ｇの気体に含まれる水素原子の物質量は，

　　アンモニア：（１／１７×３）mol≒０．１８mol

　　メタン：（１／１６×４）mol＝０．２５mol

　　エタン：（１／３０×６）mol＝０．２０mol　　　よって　�C

問題

４　標準状態で２．８リットルを占める気体の質量が２．０ｇである物質として正しいものを，次の�@〜�Dのうちから一つ選べ。Ｈ＝１．０，Ｈｅ＝４．０，Ｃ＝１２，Ｎ＝１４，Ｏ＝１６，Ｃｌ＝３５．５

　　�@Ｈｅ　　�AＮ_２　　�BＯ_２　　�CＣｌ_２　　�DＣＨ_４　　　　　　〔００センター追試〕

５　水素を吸収するニッケル合金がある。このニッケル合金に水素を吸着させたところ，質量が０．３０％増加した。この合金の１ｃｍ^３は，標準状態の水素を何ｍｌ吸収したか。最も適当な数値を，次の�@〜�Dのうちから一つ選べ。合金の密度を８．３ｇ／ｃｍ^３とする。Ｈ＝１．０

　　�@２８　　�A５６　　�B１４０　　�C２８０　　�D５６０　　　　　　〔００センター試〕

解答・解説

４　標準状態で，２．８リットルの質量が２．０ｇである気体のモル数は，

　　（２．０ｇ／２．８リットル）×２２．４リットル／ｍｏｌ＝１６ｇ／ｍｏｌ

　分子量が１６の気体はＣＨ_４である。　　　よって　�D

５　合金１ｃｍ^３（＝８．３ｇ）は，水素を吸収して質量が０．３０％増加した。よって吸収した水素の質量は，（８．３×０．３０／１００）ｇである。水素は標準状態で２．０ｇが２２．４リットルであるから，吸収した水素の標準状態の体積は，

　　８．３ｇ×０．３０／１００×２２．４リットル／２．０ｇ≒０．２８リットル＝２８０ｍｌ　　　よって　�C

問題

６　体積パーセントで水素７５％，窒素２５％の混合ガスの平均の分子量として最も適当な数値を，次の�@〜�Eのうちから一つ選びなさい。Ｈ＝１．０，Ｎ＝１４

　　�@４．３　　�A６．５　　�B８．５　　�C１７　　�D２９　　�E３４　　　　　　〔９８センターＩＡ試〕

７　反応の前後において分子の総数に変化がない反応を，次の�@〜�Dのうちから一つ選びなさい。

　　�@窒素＋水素→アンモニア

　　�A窒素＋酸素→一酸化窒素

　　�B二酸化窒素→四酸化二窒素

　　�Cアンモニア＋酸素→一酸化窒素＋水

　　�D一酸化窒素＋酸素→二酸化窒素　　　　　　〔００センター追試〕

８　次の３段階の反応を利用して硫化鉄（�U）から硫酸をつくることができる。

　　４ＦｅＳ＋７Ｏ_２→２Ｆｅ_２Ｏ_３＋４ＳＯ_２……（１）

　　２ＳＯ_２＋Ｏ_２→２ＳＯ_３…………（２）

　　ＳＯ_３＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２ＳＯ_４…………（３）

硫化鉄（�U）から，質量パーセント濃度８０％の硫酸１９６ｇをつくるのに必要な酸素は何 mol か。最も適当な数値を，次の�@〜�Eのうちから一つ選びなさい。ただし，原子量はＨ＝１．０，Ｏ＝１６．０，Ｓ＝３２．１

　　�@０．８　�A１４　�B１．８　�C２．８　�D３．６　�E５．６　　　　　〔９７センター追試〕

解答・解説

６　アボガドロの法則から，体積で水素７５％，窒素２５％の混合気体は，分子数でも水素が７５％，窒素が２５％の混合物である。よってその分子量の平均は，

　　１．０×２×（７５／１００）＋１４×２×（２５／１００）＝８．５　　　　よって　�B

７　それぞれの反応の化学反応式は次のとおり。

　�@Ｎ_２＋３Ｈ_２→２ＮＨ_３

　�AＮ_２＋Ｏ_２→２ＮＯ

　�B２ＮＯ_２→Ｎ_２Ｏ_４

　�C４ＮＨ_３＋５Ｏ_２→４ＮＯ＋６Ｈ_２Ｏ

　�D２ＮＯ＋Ｏ_２→２ＮＯ_２

反応の前後において分子の総数に変化がないのは�Aである。

８　（１）と（２）の化学反応式から，硫化鉄（�U）４molから硫酸４molをつくるのに必要な酸素は計９molであるから，酸素は生成する硫酸の物質量の９／４倍が必要である。よって，濃度８０％の硫酸１９６ｇをつくるのに必要な酸素は，

　１９６×(８０／１００)×(１／９８．１)×(９／４)＝３．６０　　　　　�D

問題

９　次の記述ａ，ｂに当てはまる化合物を，下の�@〜�Dのうちから一つずつ選びなさい。ただし，同じものを繰り返し選んでもよい。また，〔　　　〕内の数字は分子量を示す。

　ａ　１ｇを完全に燃焼させるとき，二酸化炭素の発生が最も少ないもの。

　ｂ　１molを完全に燃焼させるとき，酸素を最も多く必要とするもの。

　�@アセトアルデヒドＣ_２Ｈ_４Ｏ〔４４〕　　�AエチレンＣ_２Ｈ_４〔２８〕

　�BエタノールＣ_２Ｈ_６Ｏ〔４６〕　　　　　�CプロパンＣ_３Ｈ_８〔４４〕

　�DアセトンＣ_３Ｈ_６Ｏ〔５８〕　　　　　　�DベンゼンＣ_６Ｈ_６〔７８〕　　〔９５センター追試〕

１０　次のａ〜ｃは，それぞれの反応で発生する気体の物質量を示す。ａ，ｂ，ｃの値の大小の順序を，下の�@〜�Dのうちから一つ選びなさい。Ｃ＝１２，Ｏ＝１６，Ｃａ＝４０

　ａ　炭酸カルシウム１ｇに多量の希塩酸を加えるときに発生する二酸化炭素の物質量。

　ｂ　炭化カルシウムＣａＣ２１ｇに多量の水を加えるときに発生するアセチレンの物質量。

　ｃ　カルシウム１ｇに多量の希塩酸を加えるときに発生する水素の物質量。

　�@ａ＞ｂ＞ｃ　�Aａ＞ｃ＞ｂ　�Bｂ＞ａ＞ｃ　�Cｂ＞ｃ＞ａ　�Dｃ＞ａ＞ｂ　�Eｃ＞ｂ＞ａ

解答・解説

９　それぞれの有機化合物１molが，完全に燃焼するときの反応を化学反応式で表すと，

　�@アセトアルデヒドＣ_２Ｈ_４Ｏ＋５／２Ｏ_２→２ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ

　�AエチレンＣ_２Ｈ_４＋３Ｏ_２→２ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ

　�BエタノールＣ_２Ｈ_６Ｏ＋３Ｏ_２→２ＣＯ_２＋３Ｈ_２Ｏ

　�CプロパンＣ_３Ｈ_８＋５Ｏ_２→３ＣＯ_２＋４Ｈ_２Ｏ

　�DアセトンＣ_３Ｈ_６Ｏ＋４Ｏ_２→３ＣＯ_２＋３Ｈ_２Ｏ

　�EベンゼンＣ_６Ｈ_６＋１５／２Ｏ_２→６ＣＯ_２＋３Ｈ_２Ｏ

　ａ　それぞれの有機化合物１ｇ，すなわち（１／分子量）molから発生するＣＯ_２の物質量は

　　�@　２／４４mol　�A　２／２８mol　�B　２／４６mol　�C　３／４４mol　�D　３／５８mol　�E　６／７８mol

　　よって最も少ないものは�B

　ｂ　有機化合物１molの完全燃焼の反応式で，Ｏ_２の係数が最も大きいものは�Eのベンゼンである。

１０　ａ　ＣａＣＯ_３＋２ＨＣｌ→ＣａＣｌ_２＋Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２

　　ＣａＣＯ_３の式量は１００であるから，その１ｇは１／１００molで，ＣＯ_２の発生量も１／１００molである。

　ｂ ＣａＣ_２＋２Ｈ_２Ｏ→Ｃａ(ＯＨ)_２＋Ｃ_２Ｈ_２（アセチレン）

　　ＣａＣ_２の式量は６４であるから，その１ｇは１／６４molで，Ｃ_２Ｈ_２の発生量も１／６４molである。

　ｃ　Ｃａ＋２ＨＣｌ→ＣａＣｌ_２＋Ｈ_２

　　Ｃａの原子量は４０であるから，その１ｇは１／４０molで，Ｈ_２の発生量も１／４０molである。

よって�Eとなる。

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