図1のような装置を用いてマグネシウムを加熱し、そのときに生じる酸化物の質量を測定した。図2はその結果を表したグラフである。これらの情報をもとに、マグネシウムの酸化に関する様々な問いに答える。具体的には、実験の注意点、酸化時の色の変化、生成物の名前、化学反応式、グラフの作成、質量比、生成物の質量を求める。

1. 問題の内容

図1のような装置を用いてマグネシウムを加熱し、そのときに生じる酸化物の質量を測定した。図2はその結果を表したグラフである。これらの情報をもとに、マグネシウムの酸化に関する様々な問いに答える。具体的には、実験の注意点、酸化時の色の変化、生成物の名前、化学反応式、グラフの作成、質量比、生成物の質量を求める。

2. 解き方の手順

(1) マグネシウムの粉末を薄く均一に広げる理由：

マグネシウム全体を十分に酸素と反応させるため。一部だけが反応するのを防ぐ。

(2) マグネシウムを加熱して酸化させるときの色の変化：

マグネシウムは燃焼して酸化マグネシウムになるので白色に変化する。

(3) マグネシウムを加熱してできる物質：

酸化マグネシウム

(4) 化学反応式：

マグネシウム($Mg$)と酸素($O_2$)が反応して酸化マグネシウム($MgO$)ができる反応なので、

$2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$

(5) 図2のグラフをもとに図3にグラフを書く。図2から、マグネシウムの質量に対する酸化物の質量がわかる。化合した酸素の質量は、（酸化物の質量）－（マグネシウムの質量）で求められる。例えば、マグネシウムの質量が0.6gのとき、酸化物の質量は1.0gなので、化合した酸素の質量は1.0 - 0.6 = 0.4gとなる。

(6) マグネシウムの質量と化合する酸素の質量の関係：

グラフは原点を通る直線なので、マグネシウムの質量と化合する酸素の質量は比例する。

(7) マグネシウムと酸素の質量比：

グラフから、例えばマグネシウム0.6gに対して酸素が0.4g反応していることがわかる。比を計算すると、$0.6:0.4 = 3:2$

(8) 質量3.0gのマグネシウムを完全に酸化させるときにできる酸化物の質量：

マグネシウムと酸素の質量比は3:2であり、生成する酸化マグネシウムは3+2=5の割合となる。

質量比より、$Mg:O:MgO = 3:2:5$

3.0gのマグネシウムが全て反応する場合、生成する酸化マグネシウムの質量を$x$とすると、

$3:x = 3:5$ より、$x = 5.0$g。

3. 最終的な答え

(1) マグネシウム全体を酸素と十分に反応させるため。

(2) 白

(3) 酸化マグネシウム

(4) $2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$

(5) (図3は省略。図2のデータをもとに酸素の質量を計算し、プロットする。)

(6) 比例する

(7) 3:2

(8) 5.0g