中学受験理科｜酸化銀を加熱すると何が残る？｜銀と未分解の酸化銀

酸化銀を加熱すると、銀と酸素に分かれます。黒っぽい粉末の見た目が変わり、気体も出ますが、途中で加熱をやめたときの固体を「全部銀」と決めてはいけません。反応した部分と、まだ酸化銀のまま残った部分が混ざる場合があるからです。この区別を重さの記録から確かめるのが、今回の資料問題です。

減ったのは固体の中から出た酸素

加熱で軽くなる理由を、粉が燃えて消えたからと説明するのは不十分です。酸化銀に含まれていた酸素が気体として固体の外へ出ていきます。銀そのものが全て気体となって飛び去るという模型ではありません。容器から酸素が外へ出る開いた装置と、装置全体を含めて量る場合を分けます。

固体だけの重さが減っていても、出た気体まで漏れなく含めれば物質の重さは保存します。容器の重さを最初と最後で同じように引くこと、加熱後は適切に冷まして測った記録であることも読み取ります。このページは実験の実施手順ではなく、教師が用意した測定資料を解くための原稿です。

途中の固体の質量から、銀の質量を直読しない。図は仕組みを整理する模式図です。

反応する前と後の対応表

問題では、酸化銀2.32gが完全に分解すると銀2.16gと酸素0.16gになる、と条件を与えます。これは原子の重さを丸めて扱う計算用の対応です。化学式を暗記していなくても、三つの重さの関係があれば比例計算ができます。2.16と0.16を足すと2.32に戻ることを、最初に確かめます。

途中で酸素が0.08g出たなら、対応表の半分に相当する酸化銀が反応しました。残る固体の全量は初めの重さから0.08gを引いて求められますが、その内訳を知るには、反応してできた銀と未反応物を別に数えます。「残った重さ」と「できた銀の重さ」は違う問いです。

例題1　完全に分解した場合

酸化銀4.64gを完全に分解しました。上の対応表を使い、できた銀と酸素の重さを求めなさい。ほかの物質は混ざらず、固体の飛散はないものとします。

答え・解説： 4.64gは2.32gの二倍なので、銀は4.32g、酸素は0.32gです。合計は4.64gで、初めと一致します。酸素の重さを固体から引く前に、二つの生成物を足して確かめると、小数点の間違いを見つけやすくなります。

例題2　途中で止めた場合

初めに酸化銀4.64gがあり、途中で加熱をやめると、出た酸素は0.08gでした。反応した酸化銀、できた銀、未反応の酸化銀、残った固体全体の重さを求めなさい。

答え・解説： 0.08gは対応表の酸素0.16gの半分です。反応した酸化銀は1.16g、できた銀は1.08g。未反応の酸化銀は4.64−1.16＝3.48gで、固体全体は1.08＋3.48＝4.56gです。4.64−0.08も4.56となります。4.56gを全て銀と呼ばないことが、この問いの要点です。

色や光沢だけで量は決まらない

表面に銀らしい光沢が見えても、内部まで反応が終わった証拠にはなりません。粒の大きさや加熱のされ方で、場所ごとの状態が違うことがあります。写真は何ができたかを考える手掛かりですが、全体の割合を知るには重さや気体量の資料が必要です。見える部分の特徴を、試料全体へそのまま広げないようにします。

加熱時間を長くしても重さが変わらなくなった記録は、終わりを判断する一つの材料です。ただし、装置の条件や測定の細かさによっては、小さい変化が見えない可能性もあります。問題が「完全に分解した」と指定しているのか、「この時間では変わらなかった」と観察を述べているだけかを区別します。

量る範囲を図へ書き込む

酸素を集めた容器の体積が示されていても、体積をそのままgへ置き換えることはできません。同じ温度・圧力での気体の密度など、変換の条件が必要です。一方、固体の減少量を使う場合は、逃げた物が酸素だけという条件が要ります。どの方法にも前提があるので、数字だけを拾う前に対応する物質名を書きます。

この考え方は、反応の途中を扱うほかの問題にもつながります。反応前の材料、反応してできた物、反応せず残った物の三つを別の箱に置くと、合計を間違えにくくなります。今回の銀を求める式と、固体全体を求める式を並べ、答えが違う理由を言葉でも説明してみましょう。

質量が減らなくなったことをどう読むか

加熱後の容器を冷まして量り、もう一度加熱して冷まして量る操作を繰り返すと、質量が一定へ近づく記録が得られる場合があります。十分に分解させたかを確かめる手掛かりですが、そもそも温度が不足して反応が進まない状態でも値が変わらない可能性はあります。質量一定だけを独立した万能の証拠にせず、反応条件や物質の確認と合わせます。

容器を含めて量った場合は、初めと終わりで同じ容器を使い、容器自体の変化を無視できる条件が必要です。容器込みの質量を酸化銀だけの質量と取り違えると、反応した割合の分母が大きすぎます。記録の欄に「容器と固体」「容器」「固体だけ」を分けて書くと、どの差を求めるべきか見えます。

加熱中に固体の粒が外へ飛び出した場合、質量の減少を全て酸素の放出と考えることはできません。気体が出たという観察と、固体の損失がないという条件がそろって初めて、減少量を酸素の質量として扱えます。ここを省略すると、計算結果は合って見えても物質収支の説明が成り立たなくなります。

残った固体の色や光沢は物質を考える手掛かりですが、全体が同じ物質へ変わったかどうかを見た目だけで決めるのは慎重であるべきです。例題では反応前後の質量比が指定されているため、出た酸素から反応した酸化銀を求め、その後に未反応分を引き算します。この順序を守ると、銀の質量と残った固体全体の質量を別々に答えられます。