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【須磨学園中学過去問解説】2021年度 理科 第1回 大問2

西宮市の家庭教師ダイアログでは、受験対策において志望校の過去問演習を最重視しています。ここでは受験生の自宅学習の手助けのために、須磨学園中学校の過去問解説を掲載いたします。

問題文をそのまま掲載すると著作権上問題となるため、学校サイトの過去問PDFを見てください。そしてまず自分で解いてみてから以下の解説を読んでください。

須磨学園中過去問 2021年度 理科 第1回 大問2

金属と酸の反応の問題です。突然ですが、問題を解く前に『サンドイッチやさんのはなし』をしましょう。

あるサンドイッチやさんでは、パン2枚、ベーコン3枚でベーコンサンドを1個作ります。次の場合、ベーコンサンドは何個作れるでしょうか。また、材料は何がどれだけ余るでしょうか。

サンドイッチ➀

➀ パン20枚、ベーコン18枚あるとき。

実際に作ってみると、ベーコンサンドを6個作ることができ、パン8枚が余ることが分かります。

サンドイッチ②

② パンは20枚のまま、ベーコンの枚数を3枚ずつ増やしていくとどうなるでしょうか。

ベーコン(枚)18212427303336
ベーコンサンド(個)6789101010
 余るパン(枚)8642000
 余るベーコン(枚)0000036

ベーコン30枚までは、ベーコンの枚数に比例してベーコンサンドが作れます。ベーコンの枚数が作れるベーコンサンドの数を決めているのです。そして、ベーコン30枚のとき、ちょうど材料の余りなくベーコンサンドが10個作れます。

ただし、ベーコン33枚からは、ベーコンが余りはじめます。作れるベーコンサンドの数は増えません。今度はパンの枚数が作れるベーコンサンドの数を決めているのです。

サンドイッチ③

何が言いたいかというと、「いくつかの材料を組み合わせて製品を作るとき、製品の数量は余っていない材料(足りていない材料)の数量によって決まる」ということです。

これと同じことが、塩酸と金属(=材料)、発生する水素(=製品)の間で起こります。これを頭に入れて、実際に問題を解いてみましょう。

問1 難易度:★★☆☆☆

水素を発生する物質の組み合わせとして有名なのは、

・塩酸(硫酸)+鉄
・塩酸(硫酸)+アルミニウム
・塩酸(硫酸)+亜鉛

・水酸化ナトリウム水溶液+アルミニウム
・水酸化ナトリウム水溶液+亜鉛

なので、③と⑥。

問2 難易度:★★☆☆☆

水上置換法では、ふたをしっかり閉めていれば空気は入りません。また、水の上で気体を集めるとそこにはどうやっても飽和蒸気圧の分だけ水蒸気が含まれます。

よって、③。

問3 難易度:★★☆☆☆

(表1)より、塩酸の体積5~35㎤までは5㎤に対して7㎤の水素が発生していることが分かります。ただ、最後の45㎤のところはそうなっていないようです。

つまり、5~35㎤までは加えた塩酸が全て使われているため、発生する水素の体積は塩酸の体積に比例して決まっています。45㎤のところでそれが変わっているということは、発生する水素の体積が、鉄片の重さによって決まった、つまり鉄片が全て使われたことを示しています。

また、鉄片140㎤から発生する水素は56㎤が上限です。『サンドイッチやさんのはなし』で言えば、20枚のパンがあるときに作れるベーコンサンドが10個までだったのと同じです。

塩酸5㎤に対して水素7㎤が発生する割合で、水素56㎤が発生する量を考えればよいことになります。

56×\frac{5}{7}=40(㎤)

問4 難易度:★★★☆☆

塩酸の濃度が2倍なので、鉄片が全て使われるまでは発生する水素は表1の2倍となります。鉄片の重さは同じなので、発生する水素の体積の上限は同じです。その際にちょうど反応する塩酸の体積は問3の半分となり、20㎤です。よって、加えた塩酸の体積と発生する水素の体積の関係は下表のとおりです。

加えた塩酸の体積(㎤)051520253545
発生した水素の体積(㎤)0144256565656

よってグラフは次の通りとなります。

グラフ(塩酸と水素の体積)

問5 難易度:★★☆☆☆

問3と同様に考えます。塩酸5~25㎤までは塩酸5㎤に対して水素7㎤が発生しています。塩酸35㎤からは塩酸を増やしても水素の発生44.8㎤から増えないことから、亜鉛片がすべて使われていることが分かります。よって、塩酸5㎤に対して水素7㎤の割合でちょうど水素44.8㎤が発生する塩酸の量を計算すればよいので、

44.8×\frac{5}{7}=32(㎤)

問6 難易度:★★☆☆☆

鉄片140mgと亜鉛片130mgを溶かすのに必要な塩酸の体積の比は、

(鉄片):(亜鉛片)=40:32=5:4

同じ体積の塩酸で濃さを変えて鉄片と亜鉛片の両方をちょうど溶かすためには、濃度比(鉄片):(亜鉛片)=5:4。つまり鉄片に加える塩酸の濃度を亜鉛片に加える塩酸の濃度の\frac{5}{4}倍、つまり1.25倍にすればよい。

問7 難易度:★★☆☆☆

鉄片70mgと亜鉛片65mgはどちらも【実験1】、【実験2】の半分だから、ちょうど反応する塩酸も、発生する水素もそれぞれ半分である。よって、どちらも半分同士を足せばよい。

必要な塩酸:40÷2+32÷2=36(㎤)

発生する水素:56÷2+44.8÷2=50.4(㎤)

 

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