2021年度 豊島岡女子学園中学2回目過去問【理科】大問2解説

 何種類かの物質が混ざっているとき、その中の特定の物質が全体に対してどの程度の量を占めているのかを考えます。
 全体の重さに対する、着目した物質の重さの割合を百分率で表したものを「質量パーセント濃度」といいます。質量パーセント濃度は、次のように計算し、単位は「%」で表します。

 何種類かの気体が混ざっている混合気体の中のある気体に着目して、その割合を表すときには、「体積パーセント濃度」を用いることもあります。
 体積パーセント濃度とは、混合する前の気体の合計の体積に対する、混合前の着目した気体の体積の割合を百分率で表したもので、次のようにして計算し、単位は「%」で表します。ただし、気体の体積は同じ条件で測定したものを用います。

 たとえば、窒素4Lと酸素1Lを混合してできた混合気体があるとき、窒素の体積パーセント濃度は80%となります。

(1)
50gの水に食塩水を溶かして、質量パーセント濃度が20%の食塩水を作るためには、
食塩を何g溶かせばよいですか。四捨五入して小数第1位まで答えなさい

(2)
水素と酸素を体積パーセント濃度がそれぞれ50%になるように混合します。
気体の酸素の重さは、同じ体積の気体の水素の重さの16倍です。
このときの、酸素の質量パーセント濃度は何%ですか。四捨五入して小数第1位まで答えなさい

(3)
(2)の条件で水素を燃焼させると水素の全てと酸素の半分が反応して水18gだけができました。
残っている酸素は何gですか。四捨五入して整数で答えなさい

 

 窒素と酸素からなる混合気体①が125mLあります。
次の手順で混合気体①に含まれる窒素や酸素の量を調べました。

【手順1】
 混合気体①に炭素を入れて燃やしたあとに残った気体は125mLでした。この気体は窒素と酸素と二酸化炭素からなる混合気体であり、この気体を混合気体②とします。このとき、炭素はすべてなくなり、反応した酸素の体積とできた二酸化炭素の体積は同じでした。

【手順2】
 続いて混合気体②を石灰水に通し、石灰水を白くにごらせる気体のみをすべて取り除きました。その後、残った気体を集めると、気体の体積は80mLになりました。この気体を混合気体③とします。ただし、混合気体③には水蒸気は含まれていないものとします。

【手順3】
 さらに続けて混合気体③の中でマグネシウムを入れて燃やすと、酸素は完全に反応し、酸化マグネシウムという固体になりました。残った気体の体積は65mLでした。ただし、窒素とマグネシウムは反応しないもとします。

(4)
混合気体①の酸素の体積パーセント濃度は何%ですか。四捨五入して整数で答えなさい

(5)
混合気体②の酸素の体積パーセント濃度は何%ですか。四捨五入して整数で答えなさい


(1)
食塩水の20%が食塩なので、水は80%
50g×20/80=12.5g

(2)
水素の重さを①とすると、酸素の重さは⑯。
それぞれの体積は50%ずつで等しいので、質量の比も水素:酸素=①:⑯
全体は⑰だから、酸素の質量パーセント濃度は、
16÷17×100=94.11≒94.1%

(3)
質量比で水素①と酸素⑧が結びつき、水18gができた。
⑨=18g
残っている酸素の質量は⑧だから、
18×8/9=16g

(4)
情報整理。

②反応しなかった酸素はそのまま、反応した酸素は炭素と結びついて二酸化炭素に変わる。
体積の和は①と同じ125mL。
ここから二酸化炭素を除去した③は80mL。
③の酸素はすべてマグネシウムと反応させ、余った窒素が65mLとなる。

窒素は反応していないので、①の窒素が65mL。
①の酸素の体積は、125-65=60mL
60÷125×100=48%

(5)
②で炭素と反応しなかった酸素の体積は、80-65=15mL
15×100/125=12%
*炭素と反応した酸素の体積は、60-15=45mLである。
発生した二酸化炭素と同じ体積だから、125-80=45mLでもOK。
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