2019年度　市川中学過去問【理科】大問２解説

問題ＰＤＦ
　強い酸性を示す雨（酸性雨）が、木々を枯らしたり、銅像を溶かしたり、川を酸性化したりするなどの被害をもたらしており、大きな社会問題となっています。これは、工場や自動車から排出された二酸化硫黄などの気体が雨水に溶け込み、硫酸などの強い酸を含んだ雨となって地表に降り注いでいるからです。
酸性雨の研究家であるジェームズ・ギャロウェイ教授は、「人間活動が世界を酸性化しているのではない。それよりは世界のもともとの酸性度をさらに強めているのだ。」と述べています。

（１）
酸性雨にならなくても雨水は弱い酸性を示します。
この理由を25字以内で答えなさい。

（２）
二酸化硫黄を集めるには、図４のような下方置換法が最も適しています。
このことからわかる二酸化硫黄の性質を20字以内で答えなさい。

　日本では2017年に約１億2000万トンの石炭を消費しています。日本国内で石炭を燃焼させることにより生じた二酸化硫黄が、炭酸カルシウムに影響を与えています。炭酸カルシウムとは、石灰岩や大理石、サンゴ、貝殻に含まれる成分で、酸に溶ける性質があります。
以下の①～④の説明を参考にして、各問いに答えなさい。
①図５は石炭に含まれている炭素、水素、窒素、窒素、硫黄の重さの割合をまとめたものです。

②硫黄を空気中で燃焼させると、二酸化硫黄が発生します。
表１は、燃焼させた硫黄の重さと発生した二酸化硫黄の重さの関係をまとめたものです。

③１％の硫酸水溶液を10ｋｇ作るには、二酸化硫黄が65ｇ必要です。
④ビーカーに炭酸カルシウムの粉末を1.0ｇ入れ、１％硫酸水溶液を少しずつ加えたところ、気体が発生しました。このときに発生した気体の体積をはかったところ、図６のようになりました。また、水溶液をろ過してビーカーに残った固体を取り出し、この重さをはかったところ、図７のようになりました。

（３）
④の下線部について、発生した気体が何であるかを確かめる方法を15字以内で答えなさい。

（４）
2017年に日本国内で消費した石炭がすべて燃焼された場合、石炭の燃焼により放出された二酸化硫黄は何万トンですか。ただし、１トンは1000ｋｇを表す重さの単位であり、硫黄は燃焼するとすべて二酸化硫黄になるものとします。

（５）
（４）で発生したすべての二酸化硫黄が１％硫酸水溶液となった場合、溶かすことのできる炭酸カルシウムの重さはおよそ何万トンですか。ただし１％硫酸水溶液1.0ｃｍ³の重さは1.0ｇとします。
ア：3200万トン　イ：3700万トン　ウ：7400万トン
エ：３憶2000万トン　オ：３億7000万トン　カ：７億4000万トン

（６）
炭酸カルシウム5.0ｇに２％硫酸水溶液を20ｃｍ³加えたとき、ビーカーに残る固体の重さは何ｇですか。また、発生した気体の体積は何ｃｍ³ですか。ただし、２％硫酸水溶液1.0ｃｍ³の重さは1.0ｇとします。

（２）空気よりも重く、水に溶けやすい。
下方置換→空気より重い。水に溶けやすいと水上置換が使えない。
二酸化硫黄（ＳＯ₂）→無色透明、刺激臭あり。漂白作用あり。有毒
化石燃料の燃焼で生じ、硫黄酸化物（ＳＯｘソックス）の一種で酸性雨の原因である。

（３）石灰水に通すと白くにごる。
炭酸カルシウムに硫酸水溶液を加えて発生する気体を考える。
炭酸カルシウムの説明で『石灰岩や大理石、サンゴ、貝殻に含まれる成分』とあり、
これらに塩酸を加えると二酸化炭素が発生するから、
塩酸と同じ酸性の硫酸でも二酸化炭素が発生するだろうと推測する。

（４）480万トン
日本の石炭消費量は１億2000万トン。
石炭の２％が硫黄。
表１より、硫黄①を燃やすと二酸化硫黄は②発生する。
１億2000万トン×２％×２＝480万トン

（５）ウ
単位換算と桁ミスの脅威。
発生した二酸化硫黄の量は480万トン。
二酸化硫黄65ｇで１％の硫酸水溶液10ｋｇが作れる。

図７をみると、硫酸を10ｃｍ³加えたときに固体の重さが変化しなくなった。
硫酸と炭酸カルシウム1.0ｇを反応させると固体は重くなっていき、
硫酸10ｃｍ³で反応しなくなるということは、硫酸10ｃｍ³で炭酸カルシウム１ｇが溶ける。
１％硫酸水溶液1.0ｃｍ³の重さは1.0ｇなので、硫酸10ｇで炭酸カルシウム１ｇが溶ける。
480万トン×10000ｇ/65ｇ×1ｇ/10ｇ

概算が許されるので、65と48を13で約分し、46を13で割って〔４弱〕とする。
8000弱ｔだから、これに近いウ（7400万トン）が正答。

（６）固体の重さ：6.44ｇ、気体の体積：880ｃｍ³
１％10ｃｍ³の硫酸で、１ｇの炭酸カルシウムが溶ける。
２％20ｃｍ³の硫酸は濃度２倍、量が２倍なので、４ｇの炭酸カルシウムが溶ける。

図７より、炭酸カルシウムが溶けると、１ｇあたり1.36ｇに増加する。
一方で、炭酸カルシウムは１ｇ残っている。
1.36×４＋１＝6.44ｇ

気体（ＣＯ₂）は炭酸カルシウム１ｇあたり、220ｃｍ³発生する。
220×４＝880ｃｍ³

＠化学反応式＠
ＣａＣＯ₃ +Ｈ₂ＳＯ₄→ＣａＳＯ₄↓ + ＣＯ₂+ Ｈ₂Ｏ
炭酸カルシウム＋硫酸→硫酸カルシウム（沈殿）＋二酸化炭素＋水
炭酸カルシウムより硫酸カルシウムの方が質量比が大きいので、固体の重さが大きくなった。
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