共通テスト（理科） 過去問
令和5年度（2023年度）本試験
問116 (化学（第3問） 問3（1）)

選択肢のすべての金属元素が希塩酸と反応して水素を発生するため、水素の発生量と反応した金属Xの量を比較します。

図2より、金属の質量が10mgのとき、発生した水素の体積は≈10mL程度であると考えられます。

水素10mLの物質量はPV=nRTより

n=(1.0×10⁵)(1.0×10^-2)/(8.31×10^-3)×273≒4.5×10^-4mol

金属Xが1族金属（Li、Na、K）とすると、希塩酸との反応式は以下のようになります。

2X+2HCl→2XCl+H₂↑

Li:6.9×2×4.5×10^-4≒6.2×10^-3→約6.2mg

Na:23×2×4.5×10^-4≒20.7×10^-3→約20.7mg

K:39×2×4.5×10^-4≒35.1×10^-3→約35.1mg

金属Xが2族金属（Be、Mg、Ca）とすると、希塩酸との反応式は以下のようになります。

X+2HCl→XCl₂+H₂↑

Be:9.0×4.5×10^-4≒4.1×10^-3→約4.1mg

Mg:24×4.5×10^-4≒10.8×10^-3→約10.8mg

Ca:40×4.5×10^-4≒18.0×10^-3→約18.0mg

となり、Mg:約10.8mgが最も適当です。

金属Xは1族または2族の元素なので、Xが希塩酸HClと反応した時、1価か2価の陽イオンになります。

XがHClと反応した時、a価の陽イオンになったとすると

X＋aHCl→XCl_a＋a／2H₂

図2より、Xの質量が24mgの時、水素H₂が22.4mL発生していると読み取れるので、0℃、1.013×10³Paという条件下なので、Xの原子量をMとすると

24×10^-3g／M（g/mol）✕a／2＝22.4×10^-3L／22.4L/mol

これよりM＝12a

問題文中の金属の原子量からa＝2となり、M＝24で、XはマグネシウムMgということが分かります。