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【過去問】化学反応式とは?化合・分解と係数の合わせ方を解説|危険物取扱者【甲、乙、丙】

【過去問】化学反応式とは?化合・分解と係数の合わせ方を解説|危険物取扱者【甲、乙、丙】

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目次

【過去問】化学反応式とは?化合・分解と係数の合わせ方

次の文の( )内に当てはまるものは、次のうちどれか。
「二硫化炭素が完全燃焼すると( )になる。」

  1. 水蒸気と二酸化炭素
  2. 二酸化炭素と二酸化硫黄
  3. 二酸化硫黄と水蒸気
  4. 一酸化炭素と二酸化硫黄
  5. 一酸化炭素と二酸化炭素
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問題1の図解
正解2
解説

正しいのは2。二硫化炭素(CS₂)は炭素と硫黄からできているので、完全燃焼すると二酸化炭素(CO₂)と二酸化硫黄(SO₂)ができる(CS₂+3O₂→CO₂+2SO₂)。水素を含まないので水蒸気はできず、1・3は誤り。4・5の一酸化炭素は、酸素が足りない不完全燃焼のときにできるもので、完全燃焼では生じない。

間違えやすいポイント

燃焼の生成物は「含まれる元素」で決まる。Cは二酸化炭素、Sは二酸化硫黄、Hは水。

炭素が燃焼するときの熱化学方程式は(A)および(B)のとおりである。この方程式から考えて、次のうち正しいものはどれか。なお、炭素の原子量は12、酸素の原子量は16とする。
C + 1/2 O2 = CO + 110kJ ……(A)
C + O2 = CO2 + 395kJ ……(B)

  1. 炭素が完全燃焼するときは(A)式で、また、不完全燃焼するときは(B)式で表される。
  2. 二酸化炭素の1molは、28gである。
  3. 二酸化炭素1分子は、炭素1原子と酸素2原子からなっている。
  4. 炭素12gが完全燃焼すると、二酸化炭素28gが生じる。
  5. (A)、(B)の両式とも、炭素は吸熱反応により酸化されている。
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問題2の図解
正解3
解説

正しいのは3。二酸化炭素(CO₂)1分子は、炭素原子1個と酸素原子2個からできている。1は逆で、一酸化炭素(CO)ができる(A)が不完全燃焼、二酸化炭素ができる(B)が完全燃焼。2は誤りで、CO₂の分子量は12+16×2=44なので、1molは44g(28gはCOの1mol)。4は誤りで、炭素12gは1molなので、完全燃焼すると二酸化炭素1mol=44gが生じる。5は誤りで、両式とも右辺に「+kJ」があり、熱を出す発熱反応。

間違えやすいポイント

COができるのが不完全燃焼、CO₂ができるのが完全燃焼。CO₂は1molで44g。

天然ガスの主成分であるメタン(CH4)の熱化学方程式は、次のとおりである。
CH4(気)+ 2O2(気)= CO2(気)+ 2H2O(液)+ 891kJ
この化学反応式からいえることとして、次のうち正しいものはどれか。なお、(気)は気体の状態、(液)は液体の状態を示している。

  1. メタン1molに対し、酸素2molが生成する。
  2. メタン1molに対し、水2molが反応する。
  3. メタンが完全燃焼したときの反応生成物は、二酸化炭素と水である。
  4. メタン1molが完全燃焼するとき、891kJのエネルギーが吸収される。
  5. 反応の前後を比較すると、酸素原子の数は、反応前より反応後の方が多い。
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問題3の図解
正解3
解説

正しいのは3。メタン(CH₄)は炭素と水素からできているので、完全燃焼すると二酸化炭素(CO₂)と水(H₂O)ができる。1は誤りで、酸素2molは左辺にあるので「反応する」側。2は誤りで、水2molは右辺にあるので「生成する」側。4は誤りで、右辺に「+891kJ」とあるので、891kJの熱を放出する発熱反応。5は誤りで、酸素原子は反応前が2O₂の4個、反応後もCO₂の2個と2H₂Oの2個で4個となり、等しい。

間違えやすいポイント

左辺は反応するもの、右辺はできるもの。右辺の「+kJ」は発熱。

以下はアセチレンが完全燃焼するときの化学反応式を示したものである。次の( )内のA~Dに当てはまる係数の和として正しいものはどれか。ただし、A~Dの係数はすべて整数とし、係数1は省略しないものとする。
(A)C2H2 + (B)O2 → (C)CO2 + (D)H2O

  1. 9
  2. 11
  3. 13
  4. 15
  5. 17
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問題4の図解
正解3
解説

正しいのは3(13)。まずAを1とすると、炭素からC=2、水素からD=1となるが、右辺の酸素原子は2×2+1=5個と奇数になり、Bが整数にならない。そこで全体を2倍してA=2とすると、C=4、D=2、右辺の酸素原子は8+2=10個なので、B=5となる。2C₂H₂+5O₂→4CO₂+2H₂O で、係数の和は2+5+4+2=13。1・2・4・5は係数の和として合わない。

間違えやすいポイント

C→H→Oの順に原子数をそろえ、分数になったら全体を2倍して整数にする。

水〔H2O〕54gに含まれる水素原子〔H〕の物質量として、次のうち正しいものはどれか。

  1. 1 mol
  2. 3 mol
  3. 4 mol
  4. 6 mol
  5. 8 mol
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問題5の図解
正解4
解説

正しいのは4(6mol)。①水(H₂O)の分子量は1×2+16=18なので、54gは54÷18=3mol。②水分子1個には水素原子が2個含まれるので、水素原子の物質量は3×2=6molとなる。2の3molは水分子の物質量で、水素原子の数(×2)をかけ忘れた値。1・3・5は計算に合わない。

間違えやすいポイント

g÷分子量で分子のmolを出し、分子1個に含まれる原子の数をかける。

標準状態(0℃、1気圧(1.013×10⁵Pa))で体積が33.6Lの一酸化炭素の質量として、次のうち正しいものはどれか。ただし、標準状態で1molの気体の体積は22.4L、原子量はC=12、O=16とする。

  1. 28.0g
  2. 33.6g
  3. 42.0g
  4. 50.4g
  5. 61.6g
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問題6の図解
正解3
解説

正しいのは3(42.0g)。①一酸化炭素(CO)の分子量は12+16=28なので、1molは28g。②標準状態で1molの気体は22.4Lなので、33.6Lは33.6÷22.4=1.5mol。③質量は28g×1.5=42.0gとなる。1の28.0gは1mol分の質量、2の33.6gは体積の数値をそのまま質量とした誤り。4・5も計算に合わない。

間違えやすいポイント

気体は「L÷22.4」でmolに直し、1molの質量(分子量g)をかける。

標準状態(0℃、1気圧(1.013×10⁵Pa))において、メタン(CH4)96gを完全燃焼させたときに生成する二酸化炭素の物質量として、次のうち正しいものはどれか。なお、メタンの化学反応式は次のとおりであり、標準状態で1molの気体の体積は22.4L、原子量はH=1、C=12、O=16とする。
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

  1. 1 mol
  2. 4 mol
  3. 6 mol
  4. 8 mol
  5. 10 mol
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問題7の図解
正解3
解説

正しいのは3(6mol)。①メタン(CH₄)の分子量は12+1×4=16なので、96gは96÷16=6mol。②反応式の係数から、メタン1molから二酸化炭素は1molできるので、二酸化炭素も6molとなる。1の1molは係数をそのまま読んだ値で、メタンの量(6mol)を考えていない。2・4・5は計算に合わない。

間違えやすいポイント

まず「g÷分子量」でmolに直し、次に係数の比で生成物のmolを求める。

標準状態(0℃、1気圧)において、エタン1Lを完全燃焼させるのに必要な酸素量として、次のうち最も近い値はどれか。なお、エタン(C2H6)の完全燃焼したときの化学反応式は、次のとおりである。
2C2H6 + 7O2 → 4CO2 + 6H2O

  1. 2.0L
  2. 3.5L
  3. 4.0L
  4. 4.5L
  5. 7.0L
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問題8の図解
正解2
解説

正しいのは2(3.5L)。反応式の係数から、エタン2分子に酸素7分子が反応する。同じ温度・圧力の気体では体積の比=係数の比なので、エタン1Lに必要な酸素は7÷2=3.5L。5の7.0Lは、エタンの係数2で割るのを忘れた値。1・3・4は係数の比に合わない。

間違えやすいポイント

気体どうしは「体積の比=係数の比」。エタンの係数2で割るのを忘れない。

水素の気体が酸素の気体と反応して2molの水を生成し、およそ572kJの熱を発生する。
2H2 + O2 = 2H2O + 572kJ
この反応から、水素の気体が酸素の気体と反応して、144gの水を生じた場合、どれだけの熱を発生するか、最も近いものは次のうちどれか。ただし、水素の原子量を1、酸素の原子量を16とする。

  1. 1,144kJ
  2. 1,716kJ
  3. 2,288kJ
  4. 2,860kJ
  5. 3,432kJ
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問題9の図解
正解3
解説

正しいのは3(2,288kJ)。①水(H₂O)の分子量は1×2+16=18なので、144gは144÷18=8mol。②熱化学方程式より、水2molで572kJなので、水1molあたり572÷2=286kJ。③8molでは286×8=2,288kJとなる。1の1,144kJは4mol分、2の1,716kJは6mol分、4の2,860kJは10mol分、5の3,432kJは12mol分の熱量。

間違えやすいポイント

熱量はmolに比例する。まず「できた水は何molか」に直す。

強欲な青木

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この記事を書いた人

高専から大学院まで9年間にわたり化学を専攻。
消防整備士として10年の実務経験を積み、独立・起業。

消防設備士全類、危険物取扱者全類をはじめ、第二種電気工事士、AI・DD総合種、第三種電気主任技術者など、多数の国家資格を保有。

神戸高等技術専門学院にて危険物取扱者 乙種第4類およびDO第3種の講師を担当。
また、月刊誌「電気と工事(オーム社)」にてコラムを連載中。

実務・教育・執筆の三軸から、専門性と実践力を兼ね備えた情報発信を行っている。

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