大至急!!理科の問題と解説（中学生レベルで）教えてください!!

⑴マグネシウム1.5gを加熱したが加熱が不十分であったために、加熱後の質量は2.3gになった。このとき、酸素と結びつかずに残っているマグネシウムは何gあると考えられるか。

No.2 ベストアンサー 回答者： t_fumiaki 回答日時： 2022/10/16 17:37

中学ではmolを教わってないから以下でドー？？

マグネシウム24gと酸素が結びつくと酸化マグネシウムが40gが出来る。
24:40=3:5

1.5g中酸素と結びついたのをnとすると、残りは1.5-n

酸素と結びついたnは酸化マグネシウムになり重さは5n/3グラム
(3:5だから）

残りは1.5-nはそのまま1.5-nグラム

5n/3＋(1.5-n)=2.3をnについて解けば良いわけ。
n=1.2グラム。

残っているマグネシウムは1.5-1.2=0.3グラム

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2022/10/16 15:50

中学生レベルでは解けない。

物質の量である「mol」の概念を教わっていないから。

原子であれ分子であれ、それを「アボガドロ定数」（= 6.02 × 10^23）の個数だけ集めると、それが「1 mol」の物質量になります。

そして、原子や分子を「アボガドロ定数」（= 6.02 × 10^23）の個数だけ集めると、その質量が「原子量」「分子量」「式量」に「グラム」を付けた数値になるのです。（というか、そうななるように決めた数値が「アボガドロ定数」（= 6.02 × 10^23）ということ。原子や分子１個は極めて軽いが、このぐらいの個数を集めると「グラム」のオーダーになる）
それが「mol」の意味です。

化学反応は分子・原子どうしで起こりますから、「同じ mol 数どうし」あるいは「反応式の係数に相当する mol 数どうしが反応する」ことになるので、物質の量を「mol」で表すと便利なのです。
「同じ mol なら原子・分子の個数が同じ」ということです。

つまり、例を挙げれば
・炭素（原子量12） を「アボガドロ定数」（= 6.02 × 10^23）の個数だけ集めると（つまり 1 mol の物質量）、その質量は 12グラム。ということは、炭素12 のモル質量は 12 g/mol。

・酸素（原子量16）を「アボガドロ定数」（= 6.02 × 10^23）の個数だけ集めると（つまり 1 mol の物質量）、その質量は 16グラム。ということは、酸素16 のモル質量は 16 g/mol。
　気体の酸素は酸素原子が2個結合した「分子：O2」の形なので、分子量は 32。従って酸素分子を「アボガドロ定数」（= 6.02 × 10^23）の個数だけ集めると（つまり 1 mol の物質量）、その質量は 32グラム。ということは、酸素ガスO2 のモル質量は 32 g/mol。

・CO2 （分子量44） を「アボガドロ定数」（= 6.02 × 10^23）の個数だけ集めると（つまり 1 mol の物質量）、その質量は 44グラム。ということは、CO2 （分子量44）のモル質量は 44 g/mol。


以上の「mol」の理解を持った上で、与えられた問題に対応すれば、ここでの反応式は
　2Mg + O2 → 2MgO
です。
この式の意味するところは
①「2 mol のマグネシウムと、１mol の酸素ガスが反応して、2 mol の酸化マグネシウムを生成する」
ということです。
「2 個のマグネシウム原子と、１個の酸素分子が反応して、2 個の酸化マグネシウムを生成する」
でもよいのですが、そんなミクロの話をしても目には見えないので、目に見える量として「mol」で考えるのが普通です。

①は、モル質量を使えば、Mg = 24、O = 16 を使えば
②「48 g のマグネシウムと、32 g の酸素ガスが反応して、80 g の酸化マグネシウムを生成する」
ということです。

「加熱が不十分で酸素と結びつかないマグネシウムが残っている」ということは、
・この反応が一部で
・反応しないマグネシウムが残っている
ということです。

マグネシウムのうち p (0≦p≦1) が反応したとすれば、残ったマグネシウムは (1 - p) です。
最初あったマグネシウムは 1.5 g ですから
・反応したマグネシウムは 1.5p グラム
・反応しなかったマグネシウムは 1.5(1 - p) グラム
ということになります。
②の質量の比率からすれば
・反応したマグネシウムの質量は 1.5p (g) × (80/48) = 2.5p (g) になる
・反応しないマグネシウムの質量は 1.5(1 - p) (g) のまま
なので、その質量の合計は
　2.5p + 1.5(1 - p) = p + 1.5 (g)
これが 2.3 g なので
　p + 1.5 = 2.3
→　p = 0.8
つまり、反応したものが 80%、反応しないものが 20% ということです。

よって、反応せずに残っているマグネシウムは
　1.5 × (1 - 0.8) = 0.3 (g)

検算のために反応したマグネシウムは
　1.5p ＝ 1.5 × 0.8 = 1.2 (g)
生成した酸化マグネシウムの質量は
　1.2 × (80/48) = 2.0 (g)
これで生成物の質量は
　2.0 + 0.3 = 2.3 (g)
になりますね。