2019年度 灘中学入試問題【理科】大問2解説

金属製の大きなコップに水を入れ、実験用ガスコンロを用いて加熱し、水温の変化を調べました。
下の表はその実験結果です。
なお、ガスコンロは1台で、〔実験1〕と〔実験2〕では水の量だけを変えて、
同じコップを用いて同じ時間加熱しました。
加熱により水の量は変化せず、ガスコンロで加熱するときは常に同じ大きさの炎を保ちました。
この実験の間、金属製コップの温度はつねに水温と同じでした。
さらに、〔実験1〕と〔実験2〕を続けて行った後、ガスコンロのガスボンベの重さを計測すると、〔実験1〕の開始前に比べて2.0g軽くなっていました。このガスボンベの容器には、可燃性ガス「ブタン」と書いてありました。そこでブタンの燃焼をくわしく調べると、ブタン1.0gが燃焼すると、二酸化炭素3.0gと水1.6gだけが生じることがわかりました。

問1
実験後のガスボンベに手が触れると、実験前とは温度が異なっていました。
その理由を説明した次の文章中①~④の{ }内にあてはまるものをそれぞれ選びなさい。
ガスボンベ内では、ブタンはほとんどが①{ア:固体、イ:液体、ウ:気体}の状態で存在する。
ガスコンロのつまみをひねると、ブタンは②{ア:固体、イ:液体、ウ:気体}となりボンベから出てくる。このとき、熱を③{ア:発生、イ:吸収}するので、ガスボンベの温度は実験前に比べて④{ア:高く、イ:低く}なる。

問2
実験に用いた金属性コップを温めるのは、何gの水を温めるのに相当しますか。

問3
〔実験1〕で用いた金属性コップに水600gを入れ、〔実験1〕と同じ時間だけ実験用ガスコンロで加熱すると、水温は何℃になりますか。小数第一位を四捨五入して整数で答えなさい。
なお、加熱前の金属製コップと水の温度はいずれも20℃でした。

問4
〔実験1〕と〔実験2〕を続けて行ったとき、
ブタンの燃焼につかわれた空気中の酸素は合計で何gですか。

問5
〔実験1〕で用いた金属性コップに水180gを入れ実験用ガスコンロで加熱すると、
ブタンの燃焼による二酸化炭素が1.2g生じました。
このとき、水温は何℃になりますか。小数第一位を四捨五入して整数で答えなさい。
なお、加熱前の金属製コップと水の温度はいずれも20℃でした。


@解説@
水を温めるだけだが、変化球のある設問で苦しい・・。
問1:①イ ②ウ ③イ ④イ
ガスボンベを振ってみると、液体が入っている感覚がある。
これはブタン(ガス)に圧力をかけて融点を下げ、液状でボンベに詰めているから。
コンロのつまみをひねると、圧力でピュシューと気体のブタンがでてくる。
物質が液体から気体に状態変化するとき、気化熱で周囲の熱を吸収するので、
ガスボンベの温度は実験前と比べて低くなる。

問2:60g
いきなりコップの話になる(´゚д゚`)
普通は考えない要素を考える。

同じコップ、同じ時間、同じ火力で加熱をした。
火をかけると、まずコップが温まり、熱伝導で水が温まる。
実験の間は金属製のコップの温度はつねに水温と同じであった。

【コップ+水200g】を温めて+23℃。
【コップ+水400g】を温めて+13℃。
水の量と水温の上昇は反比例の関係
コップを水□g分に相当すると考えると、
(□+200)×23=(□+400)×13
□×23+4600=□×13+5200
□×10=600
□=60  →60g

問3:29℃
前問さえ乗り越えれば、大丈夫かと。
コップを水60gでカウントして反比例。
【水260gで+23℃】。水660gは・・
260×23÷660=9.0…
はじめの水温は20℃だから、
20+9.0…=29.0… → 29℃

問4:7.2g
唐突に酸素の量を要求されるが、落ち着いて対処すればいける。
ブタン2.0gで、二酸化炭素6.0gと水3.2gだけが生じた。
あとは化学反応式の要領で、
酸素□g+ブタン2.0g→二酸化炭素6.0g+水3.2g
質量保存の法則から、反応前と反応後の総質量は変わらないので、
□=6.0+3.2-2.0=7.2g

問5:30℃
水180gで加熱した時間の情報がないので、
ブタンの燃焼により生じた二酸化炭素1.2gから加熱時間を算出する。
〔実験1〕と〔実験2〕と同じ火力で続けて行ったので、
〔実験1〕だけのブタンの燃焼量は1.0gであり、排出した二酸化炭素の量は3.0g。
ということは、水180gの加熱時間は〔実験1〕の×1.2/3.0倍
水180gにコップ分の60gを足し忘れないこと!
260×23÷240×1.2/3.0=9.9…
はじめの水温は20℃なので、20+9.9…=29.9… → 30℃
短時間でここまでの
情報処理を現場で行うのは、相当慣れていないとできない(^^;
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