【中三応援プログラム】マグネシウムと塩酸。マグネシウムの燃焼、マグネシウムと二酸化炭素（２０２１年石川）

フランスでは１秒間に二人のコロナ陽性者が出ているといわれている

日本でも感染者が５００人越えでこれは１０月１６日以来

日本での第六波が近づいてきそうな怖い今日この頃

日没の空を見ると惑星を観測することができます。

weathernews.jp

去年は木星と土星の接近がありましたね。しかし、今日から年明けにかけて寒波が迫って着る予報もあります。

　それも怖いものです。

世の中怖いものであふれている。

今日は、２０２１年の石川県の問題からマグネシウムの反応を中心に酸化と還元の実験についてみてみましょう。

北陸の問題は受験者は大都市の十分の一と少ないのに大都市よりも難しい問題が出題されています。京都や大阪よりも難しいことがよくあります。

「実験1]水素による還元

図1のように、試験管Aにマグネシウムと塩酸を入れ、発生した気体を水上置換法で試験管Bに集めた後,続けて試験管Ｃに 集めた。図2のように、ガスバーナーで加熱した後、表面が黒くなった銅線を　①試験 管Cに入れたところ反応し、②銅線は赤くなった。

単体

問1 マグネシウムや銅のように、1種類の原子だけでできている物質はどれか、

次のア~エから最も適切なものを1つ選び、その符 号を書きなさい。

ア　硝酸　 イ　アンモニア　ウ　硫黄　 エ　水酸化ナトリウム

物質の分類に関する問題

　物質は１種類の物質からできている純物質と２種類の物質からできている混合物に分類される

　ア　硝酸　　硝酸水溶液であるので　硝酸’（純物質　化合物）、水（純物質、化合物）　の混合物

　イ　アンモニア　（純物質、化合物）

　ウ　硫黄　（純物質、単体）

　エ　水酸化ナトリウム（純物質　化合物）

混合物　ア

純物質　イウエ

純物質は１種類の原子からできている単体と二種類の原子からできている化合物がある

　アンモニアは　化学式　ＮＨ₃　で表され、Ｎの窒素と　Ｈの水素から成る

　　二種類の原子からなるので化合物

　硫黄　化学式は　Ｓ　　Ｓという原子だけで出来ているので単体

　水酸化ナトリウム　化学式は　ＮａＯＨ　ＮａとＯとＨという３種類の原子からなるので化合物

二本目の試験管を使うのはなぜか

(1)下線部①について、この操作では、試験管Cに集めた気体を使う。試験管Bに集めた気体を使わないのはなぜか、理由を書きなさい。

　気体発生の実験で、気体を取り出すときは、もともと試験管の中にあった空気を最初に多く集めてしまうため、２本目を使う。

「試験管Ｂの中の気体は試験管Ａの中にあった空気が多く含まれているから」

　Ｂを使わない理由をかけという問題だから、Ｂにはどういう不都合があるのかをかく。

　このため、「空気が含まれているから」という答えの場合正解にならない。

どこの空気が入っているのかを書かなくてはいけない。

　「試験管Ｂの中には、もともとあった試験管Ａ内の空気とゴム管とガラス管の中の空気を多く含んでいるため」

と書くとより正確な答えになる。

　理由をかけという問題では「～から」「～のため」というように末尾をまとめる

還元の反応

(2) 下線部②について、この化学変化と同時に、試験管Cに集めた気体にも化学変化が起こった。集めた気体の名称と、この気体の化学変化後の物質の名称を、それぞれ書きなさい。

マグネシウムと塩酸の反応では

　Ｍｇ　　　＋　２ＨＣｌ→　ＭｇＣｌ₂　　　＋　Ｈ₂

　ﾏｸﾞﾈｼｳﾑ　　　　塩酸　　　塩化マグネシウム　　水素

の反応が起こり　気体としてＨ₂が発生する　Ｈ₂は水素である。

　加熱した銅は空気中の酸素と反応して酸化銅になる

　２Ｃｕ＋Ｏ₂　→　２ＣｕＯ

　銅　　　酸素　　　酸化銅

色　赤　　　　　　　　黒

この　ＣｕＯ　酸化銅が　Ｈ₂　水素と反応すると

ＣｕＯ　　＋　Ｈ₂　→　Ｃｕ　＋　Ｈ₂Ｏ

酸化銅　　　　水素　　銅　　　　水

黒　　　　　　　　　　赤

Ｃｕは酸素と結びつくので　酸化

ＣｕＯは酸素を失うので　　還元

水素は酸素と結びつくので　酸化

酸化還元の問題だが、解答は、マグネシウムと塩酸の反応で出来た気体なので水素

水素と酸素が反応した後の物質だから　水

とここまでで答え方を確認する。今回、「名称で答えよ」となっているので

　集めた気体　水素

　反応後の物質　水

で正解。

これを

　集めた気体　Ｈ₂

　反応後の物質　Ｈ₂Ｏ

と書くと不正解である。Ｈ₂、Ｈ₂Ｏは化学式で答えているからである。

[実験II]マグネシウムの燃焼

図3のように、1.2gのけずり状のマグネシウムをステンレス皿に入れた。このけずり状のマグネシウムをガスバーナーで3分間加熱し、冷ましてから、加熱後の物質の質量を調べる操作を、その質量が増加しなくなるまで繰り返 した。図4は、加熱した回数と加熱後の物質の質量の関係をまとめたものである。

けずり状のマグネシウムというのは粉末のマグネシウムのことである。

　炎や熱を出して激しく酸素と反応する反応を燃焼という。

この実験では完全にマグネシウムが空気中の酸素と反応するまで何回も実験を繰り返している

加熱した回数が０回というのが最初のマグネシウムの量で1.20ｇ

これが加熱をすると酸素と結びつき、１回目、２回目は反応後の質量が大きくなるが３回目、４回目では質量の変化があまりなくなる。

これは、３回目、４回目では

「酸素と反応するマグネシウムがもうなくなってしまったため」

である。この質量が変化しなくなる理由もよく聞かれるので答えられるようにしておこう。

未反応のマグネシウムの質量

(1) マグネシウムの1回目の加熱後に、まだ酸化されていないマグネシウムの質量は何gか、求めなさい。

　マグネシウム　1.20ｇを加熱すると　酸化マグネシウムとマグネシウムの混合物が1.80ｇできている。

き

最大の酸化マグネシウムが2.0ｇで一回目の加熱の時は1.8ｇだから

2.0ー1.8＝0.2ｇがこたえだぁ

とするのは間違えである、

　１回目ではマグネシウムと酸化マグネシウムの混合物で1.80ｇなのである

マグネシウム1.20ｇを完全に酸化させると酸化マグネシウムが2.0ｇできることから

　ﾏｸﾞﾈｼｳﾑ：酸化マグネシウム＝1.2：2.0＝３：５の比である。

酸化マグネシウムをｘｇ　未反応のマグネシウムをｙｇとすると

　ｘ＋ｙ＝1.80・・・①

マグネシウム：酸化マグネシウム＝1.20―ｙ：ｘ＝３：５

３ｘ＝５（１．２０ーｙ）

３ｘ＝６ー５ｙ

３ｘ＋５ｙ＝６・・・・②

②ー①×３

　３ｘ＋５ｙ＝６

　３ｘ＋３ｙ＝５．４

　　　　２ｙ＝0.6

　　ｙ＝0.3ｇ

となり、未反応のマグネシウムは0.30ｇとなる。

　化学反応で未反応のものがあるときの計算問題であるこの問題が一番この化学の計算では難しい問題である。

　正答率がかなり低い問題ではあるがこの難しい問題が解ければ、あなたにとってそれは大きな武器である。

動画で解説（未反応の物質がある）

youtu.be

化学反応式

(2) マグネシウムが燃焼する変化を、化学反応式で表しなさい。

これは

２Ｍｇ　　　　＋　Ｏ₂　→２ＭｇＯ

マグネシウム　　　酸素　　酸化マグネシウム

[実験Ⅲ]　二酸化炭素との反応

図5のように、マグネシウムをガスバーナーで加熱しすぐに二酸化炭素で満たされた容器の中に移したところ、激し い反応が起こった。反応後,容器の内部を観察すると白い粉 末とともに、黒い粒子ができていた。また、銅線を用いてマグネシウムと同様の操作を行ったが、銅は二酸化炭素の中で は全く反応しなかった。

ここでは

　２Ｍｇ＋ＣＯ₂　→　２ＭｇＯ　＋　Ｃ

が起こっている。

　Ｍｇと酸素の結びつきの方が　

　Ｃと酸素の結びつきよりも強いので二酸化炭素が還元されている

しかし

　２Ｃｕ　＋　ＣＯ₂　→　２ＣｕＯ　＋Ｃ

という反応は起こらない。

　Ｃｕと酸素の結びつきは　Ｃと酸素の結びつきよりも小さいのである。

酸素と結びつきやすさ

問4 実験IIIについて、次の文は、この実験について説明したものである。文中の(あ)~ (う)にあてはまる物質の名称をそれぞれ書き、文を完成させなさい。

実験結果から、マグネシウム、鋼、炭素について、酸素と結びつきやすい物質から順に 並べると、( あ )( い ) う)になることが考えられる。

よって反応しやすさを並べてみる

　ﾏｸﾞﾈｼｳﾑと二酸化炭素

　炭素と酸素

　銅と酸素

よって　結びつきやすさは　あ　ﾏｸﾞﾈｼｳﾑ　い　炭素　う　銅　の順になる

２０２１年の学習指導要領からイオン化傾向が新しく中学で学習することになった。

これは金属がどれだけイオンになりやすいかというのを示したものでイオンになりやすいのは酸化しやすい金属である。

これは電池のところでも出てくる。