高校化学「無機物質の性質」2025年共通テスト第3問より。気体の性質に関する問題
◆問題
次の式(2)〜(5)は、気体が生成する化学反応式であり、空欄[ア]〜[エ]は、それぞれ生成した気体の化学式を表している。
Cu+4HNO3(濃硝酸)→Cu(NO3)2+H2O+2[ア] (2)
3Cu+8HNO3(希硝酸)→3Cu(NO3)2+4H2O+[イ] (3)
CaF2+H2SO4(濃硝酸)→加熱→CaSO4+2[ウ] (4)
3O2→無声放電→2[エ] (5)
気体[ア]〜[エ]に関する記述として誤りを含むものはどれか。
@気体[ア]を水に通じると、酸性の水溶液が生じる。
A気体[イ]は下方置換で捕集する。
B気体[ウ]の水溶液の保存には、ポリエチレン製の容器を用いる。
C気体[エ]の検出には、湿ったヨウ化カリウムデンプン紙を利用することができる。
解答解説はこのページ下
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◆解答
まずはそれぞれの反応でできる気体から何かわからないと始まりません。
物質の組み合わせで暗記している人も多いかと思いますが、化学反応では、反応の前後で原子が増えたり減ったりしないことに注意すれば、残った原子の組み合わせでできる気体を考えることにより、何の気体が生じるかわかるはずです。
Cu+4HNO3(濃硝酸)→Cu(NO3)2+H2O+2[ア] (2)
もともと左辺にあった原子のうち、CuとHはすでに全て使っています。Nはあと2個、Oはあと4個残っていますね。
[ア]の係数は2だから、残りの原子を半分ずつ使えばちょうど合います。
つまり、[ア]はNO2と推定できますね。
3Cu+8HNO3(希硝酸)→3Cu(NO3)2+4H2O+[イ] (3)
これもCuとHはすでに全て使っています。残っているのは、Nが2個、Oも2個だから、これらを半分ずつにして[イ]はNOですね。
CaF2+H2SO4(濃硝酸)→加熱→CaSO4+2[ウ] (4)
左辺にあった原子のうち、CaとSO4がすでに使われています。
残りはFとHが2個ずつです。
だから、[ウ]はHFですね!
3O2→無声放電→2[エ] (5)
3分子の酸素が、2分子の[エ]になる。
O3オゾンですね!
これで気体はわかったので、あとはそれぞれの性質が適切かどうかを判断します。
@気体[ア]→NO2を水に通じると、酸性の水溶液が生じる。
→○
詳しい反応経路はここでは省略しますが、硝酸が生じます。
A気体[イ]→NOは下方置換で捕集する。
→×
一酸化窒素は水に溶けにくいので、水上置換で捕集します。また、空気中の酸素と反応しNO2になってしまうので、下方置換には適しません。水に溶けにくいかどうかを覚えていなくても、NOが酸素と反応してNO2になりやすいことは想像できると思います。ということは、空気に触れる捕集方法は適さないと判断できる。つまり、知識がなくても正解できる問題となっていますね。
ちなみに、@のNO2は水に溶けやすいので下方置換で捕集します。
B気体[ウ]→HFの水溶液の保存には、ポリエチレン製の容器を用いる。
→○
HFの水溶液フッ化水素酸は、ガラスを溶かす性質があるので、普通のガラスの瓶などは使えず、主にポリエチレン製の容器に保存します。
C気体[エ]→O3の検出には、湿ったヨウ化カリウムデンプン紙を利用することができる。
→○
高校化学「無機物質の性質」オゾンの性質等もご覧ください。
というわけで問題の正解は2番です。
◆関連項目
非金属元素、典型金属元素、遷移元素
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2025年01月22日
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