問題1
試験管内に集めた気体に酸素が含まれているかどうかを調べる実験法として適切なのはどれか。最も適した方法を一つ選びなさい。
- 試験管の口に水を満たして浮遊させた紙を入れて見る
- 消えかかった木片を試験管内の気体に近づけると再びよく燃えるか確かめる
- 試験管から出る気体をマグネシウムに触れさせて燃えるか観察する
- 試験管の気体を臭いで判別する
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正解:2番(消えかかった木片を試験管内の気体に近づけると再びよく燃えるか確かめる)
解答の補足:酸素は燃焼を助けるため、消えかかった木片(もやしや木片)が再びよく燃えれば酸素が含まれていると判断できる。臭いや水での方法は一意に判断できない。
問題2
過酸化水素水(H2O2)を分解して酸素を発生させるときに実験で触媒として一般に使われる物質はどれか。最も適したものを一つ選びなさい。
- 塩化ナトリウム(NaCl)
- 二酸化マンガン(MnO2)
- 希塩酸(HCl希釈液)
- 活性炭(炭素)
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正解:2番(二酸化マンガン(MnO2))
解答の補足:MnO2は過酸化水素の分解を促進して酸素を速く発生させる触媒として中学校の実験で用いられる。塩や酸は触媒としての特性を示さない。
問題3
水素の発生した試験管の気体を調べるとき、典型的に見られる現象はどれか。最も適した記述を一つ選びなさい。
- 試験管内の気体に燃えかかった木片を入れると煙が出る
- 試験管の口に近づけた燃えている木片の火花が「ポン」という破裂音を立てる
- 試験管の気体を石灰水に通すと赤く変色する
- 試験管の気体を冷やすと白い霧が出る
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正解:2番(試験管の口に近づけた燃えている木片の火花が「ポン」という破裂音を立てる)
解答の補足:水素は可燃性で、火花を近づけると小さな爆発音(ポップ音)がすることで検出できる。石灰水は二酸化炭素の検出に用いる。
問題4
塩酸と亜鉛を反応させて水素を発生させるときの化学反応式として正しいものはどれか。一つ選びなさい。
- Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
- 2Zn + O2 → 2ZnO
- H2 + O2 → H2O
- Zn + H2O → ZnO + H2
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正解:1番(Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑)
解答の補足:亜鉛と塩酸が反応すると塩化亜鉛と水素が生じるため、選択肢1の式が正しい。その他は酸素や水との反応であり条件が異なる。
問題5
気体の中に二酸化炭素が含まれているかを簡単に調べる実験方法として正しいものはどれか。最も適した方法を一つ選びなさい。
- 気体を透明なガラスに当てて色を見る
- 気体を石灰水(Ca(OH)2水溶液)に通し、白く濁るか確かめる
- 気体をアルミニウム片に触れさせ、発火するか確かめる
- 気体を管の先で嗅いで酸っぱいにおいがするか確かめる
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正解:2番(気体を石灰水(Ca(OH)2水溶液)に通し、白く濁るか確かめる)
解答の補足:二酸化炭素は石灰水と反応して炭酸カルシウムの白い沈殿を作り、溶液が白濁することで存在を確認できる。他の方法は不確実または危険である。
問題6
大理石(主成分CaCO3)に塩酸を加えて二酸化炭素を発生させる反応の化学式として正しいものはどれか。一つ選びなさい。
- CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2
- CaCO3 + H2O → Ca(OH)2 + CO2
- Ca + CO2 → CaCO3
- CaCO3 + 2NaCl → CaCl2 + Na2CO3
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正解:1番(CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2)
解答の補足:炭酸カルシウムに塩酸を加えると塩化カルシウムと水と二酸化炭素が生成されるため、選択肢1が正しい。その他は反応条件や物質が異なる。
問題7
次のうち、水に最もよく溶ける気体はどれか。最も適した選択肢を一つ選びなさい。
- 水素は水に最もよく溶ける
- 酸素は水に最もよく溶ける
- 二酸化炭素は水に最も溶けやすい
- 窒素は水に最もよく溶ける
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正解:3番(二酸化炭素は水に最も溶けやすい)
解答の補足:二酸化炭素は水に溶けて一部が炭酸(H2CO3)になりやすく、水への溶解度が水素や酸素より大きい。窒素や水素は溶解度が小さい。
問題8
消火器に二酸化炭素(CO2)が用いられる理由として最も適切なのはどれか。一つ選びなさい。
- CO2は燃料を分解して燃えにくくするため火を消す
- CO2は強い酸化作用で燃えにくくするため火を消す
- CO2は空気中の酸素を置換して酸素の供給を減らすことで火を消す
- CO2は電気を通すため火を消す
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正解:3番(CO2は空気中の酸素を置換して酸素の供給を減らすことで火を消す)
解答の補足:燃焼には酸素が必要であり、二酸化炭素は周囲の酸素を追い出して酸素濃度を下げることで燃焼を抑えるため消火に有効である。酸化作用や導電性は関係ない。
問題9
実験で「水上置換」によって気体を集めるのに適している気体の性質と、その代表例2つとして正しい組合せはどれか。一つ選びなさい。
- 水にほとんど溶けない気体に適している。例:水素と酸素
- 水に非常によく溶ける気体に適している。例:二酸化炭素と塩素
- 水上置換は空気より重い気体に限って適している。例:二酸化炭素と塩化水素
- 水上置換は毒性のある気体だけに適している。例:塩素と一酸化炭素
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正解:1番(水にほとんど溶けない気体に適している。例:水素と酸素)
解答の補足:水上置換は集めた気体が水に溶けない場合に有効で、溶けやすい気体は水に溶けてしまうため不向きである。水素や酸素は水への溶解度が小さいため適している。
問題10
触媒についての説明として正しいものはどれか。また、過酸化水素の分解実験における二酸化マンガン(MnO2)の役割として正しい記述を一つ選びなさい。
- 触媒は反応の物質量を増やす物質であり、MnO2はH2O2を消費して酸素を作る
- 触媒は色を変える物質であり、MnO2は反応の生成物を着色する
- 触媒は自分は変化せず反応の速さを速める物質であり、MnO2は過酸化水素の分解を速める
- 触媒は反応を遅くする物質であり、MnO2は反応を抑えるために用いられる
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正解:3番(触媒は自分は変化せず反応の速さを速める物質であり、MnO2は過酸化水素の分解を速める)
解答の補足:触媒は自らは最終的に消費されずに反応経路を変えて反応速度を上げる物質で、MnO2は過酸化水素の分解を早めて酸素を速やかに発生させる。