亜鉛と希硫酸の反応 $Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2$ に関する以下の5つの問いに答えます。 (1) 硫酸亜鉛($ZnSO_4$) 1 molの質量を求めます。 (2) 亜鉛 6.54 gが反応したときに発生する水素の物質量を求めます。 (3) 亜鉛 6.54 gが反応したときに発生する水素の体積を、0℃, 1.013×10^5 Paの条件下で求めます。 (4) 0℃, 1.013×10^5 Paの条件下で水素 1.00 Lを得るのに必要な亜鉛の質量を求めます。 (5) 0℃, 1.013×10^5 Paの条件下で水素 1.00 Lが発生したときに生成する硫酸亜鉛の質量を求めます。 有効数字は3桁で答える必要があります。

1. 問題の内容

亜鉛と希硫酸の反応 $Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2$ に関する以下の5つの問いに答えます。

(1) 硫酸亜鉛($ZnSO_4$) 1 molの質量を求めます。

(2) 亜鉛 6.54 gが反応したときに発生する水素の物質量を求めます。

(3) 亜鉛 6.54 gが反応したときに発生する水素の体積を、0℃, 1.013×10^5 Paの条件下で求めます。

(4) 0℃, 1.013×10^5 Paの条件下で水素 1.00 Lを得るのに必要な亜鉛の質量を求めます。

(5) 0℃, 1.013×10^5 Paの条件下で水素 1.00 Lが発生したときに生成する硫酸亜鉛の質量を求めます。

有効数字は3桁で答える必要があります。

2. 解き方の手順

(1) 硫酸亜鉛 $ZnSO_4$ のモル質量を計算します。

$ZnSO_4$ のモル質量 = $Zn$ のモル質量 + $S$ のモル質量 + 4 × $O$ のモル質量

$ZnSO_4$ のモル質量 = $65.4 + 32 + 4 \times 16 = 65.4 + 32 + 64 = 161.4$ g/mol

(2) 亜鉛 6.54 g が何 mol かを計算します。

亜鉛のモル質量は65.4 g/molなので、

亜鉛の物質量 = 亜鉛の質量 / 亜鉛のモル質量 = $6.54 / 65.4 = 0.100$ mol

反応式より、亜鉛 1 mol から水素 1 mol が発生するので、

発生する水素の物質量 = 0.100 mol

(3) 標準状態 (0℃, 1.013×10^5 Pa) における気体のモル体積は 22.4 L/mol です。

発生する水素の体積 = 水素の物質量 × モル体積 = $0.100 \times 22.4 = 2.24$ L

(4) 標準状態 (0℃, 1.013×10^5 Pa) における気体のモル体積は 22.4 L/mol です。

水素 1.00 L は $1.00 / 22.4$ mol です。

反応式より、水素 1 mol を得るためには亜鉛 1 mol が必要です。

必要な亜鉛の物質量 = $1.00 / 22.4$ mol

必要な亜鉛の質量 = 亜鉛の物質量 × 亜鉛のモル質量 = $(1.00 / 22.4) \times 65.4 = 2.92$ g

(5) 標準状態 (0℃, 1.013×10^5 Pa) における気体のモル体積は 22.4 L/mol です。

水素 1.00 L は $1.00 / 22.4$ mol です。

反応式より、水素 1 mol が発生すると硫酸亜鉛 1 mol が生成されます。

生成する硫酸亜鉛の物質量 = $1.00 / 22.4$ mol

生成する硫酸亜鉛の質量 = 硫酸亜鉛の物質量 × 硫酸亜鉛のモル質量 = $(1.00 / 22.4) \times 161.4 = 7.21$ g

3. 最終的な答え

(1) 161 g

(2) 0.100 mol

(3) 2.24 L

(4) 2.92 g

(5) 7.21 g