共通テスト（理科） 過去問
令和5年度（2023年度）本試験
問117 (化学（第3問） 問3（2）)

選択肢のうち、1族金属（Li、Na、K）は水と反応します。2族金属（Be、Mg、Ca）のうち、BeとMgは室温の水とほとんど反応しませんが、Caは反応します。よって、金属YはLi、Na、K、Caのいずれかです。

図2より、金属の質量が20mg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Yが1族金属（Li、Na、K）とすると、水との反応式は以下のようになります。

2Y+2H₂O→2YOH+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Yが2族金属（Be、Mg、Ca）とすると、水との反応式は以下のようになります。

Ca+2HOH→Ca(OH)₂+H₂↑

Ca:40×4.5×10^-4≒18.0×10^-3→約18.0mg

となり、Na:約20.7mgが最も適当です。

金属Yは1族または2族の元素なので、Yが室温の水H₂Oと反応した時、1価か2価の陽イオンになります。

YがH₂Oと反応した時、b価の陽イオンになったとすると

Y＋bH₂O→Y（OH）_b＋b／2H₂

図2より、Yの質量が46mg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、Yの原子量をMとすると

46×10^-3g／M（g/mol）✕b／2＝22.4×10^-3L／22.4L/mol

これよりM＝23b

問題文中の金属の原子量からb＝1となり、M＝23で、YはナトリウムNaということが分かります。