共通テスト（理科） 過去問
令和6年度（2024年度）追・再試験
問29 (化学基礎（第1問） 問12)
問題文
単体の硫黄Sは、式（1）と（2）の反応で生成させることができる。
まず硫化水素H2Sを酸素O2中で燃焼させ、式（1）に従って二酸化硫黄SO2を生成させる。
次にH2Sと式（1）で生成したSO2を、式（2）に従って反応させる。
2H2S＋3O2 → 2SO2＋2H2O・・・（1）
2H2S＋SO2 → 3S＋2H2O・・・（2）
ここで、H2Sの全物質量を3.0molとする。このうちx（mol）のH2Sを式（1）の反応に従ってすべてSO2に変化させる。次に、このSO2と残りの（3.0－x）（mol）のH2Sを用いて式（2）の反応を行う。
xを0から1.0molまで変化させると生成するSの物質量は、図3に示すようになる。xを0から3.0molまで変化させたときに生成するSの物質量を表すグラフとして最も適当なものを、後の選択肢のうちから一つ選べ。ただし、式（1）および（2）以外の反応は起こらないものとする。
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問題
共通テスト（理科）試験 令和6年度（2024年度）追・再試験 問29（化学基礎（第1問） 問12） （訂正依頼・報告はこちら）
単体の硫黄Sは、式（1）と（2）の反応で生成させることができる。
まず硫化水素H2Sを酸素O2中で燃焼させ、式（1）に従って二酸化硫黄SO2を生成させる。
次にH2Sと式（1）で生成したSO2を、式（2）に従って反応させる。
2H2S＋3O2 → 2SO2＋2H2O・・・（1）
2H2S＋SO2 → 3S＋2H2O・・・（2）
ここで、H2Sの全物質量を3.0molとする。このうちx（mol）のH2Sを式（1）の反応に従ってすべてSO2に変化させる。次に、このSO2と残りの（3.0－x）（mol）のH2Sを用いて式（2）の反応を行う。
xを0から1.0molまで変化させると生成するSの物質量は、図3に示すようになる。xを0から3.0molまで変化させたときに生成するSの物質量を表すグラフとして最も適当なものを、後の選択肢のうちから一つ選べ。ただし、式（1）および（2）以外の反応は起こらないものとする。
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この過去問の解説 （2件）
01
x（mol）の硫化水素H2Sを式⑴の反応に従って、すべて二酸化硫黄SO2に変化させると
2H2S＋3O2→2SO2＋2H2O
このとき、x（mol）のSO2が生成します。
次に、このx（mol）のSO2と残りの（3.0ーx）（mol）のH2Sを用いて、式⑵の反応を行うと
2H2S＋SO2→3S＋2H2O
（3.0ーx）（mol）:x（mol）＝2:1
これより、x＝1.0mol
つまり、x＝1.0molのとき、2.0molのH2Sと1.0molのSO2が過不足なく反応し、3.0molの硫黄Sが得られます。
x＞1.0molのとき、残った（3.0ーx）（mol）のH2Sがすべて反応し、SO2に余剰分が生じます。
よって、このとき生じるSの物質量は式⑵より
（3.0ーx）（mol）✕3／2＝（9.0／2ー3x／2）mol
以上のことから、x＝1.0molのときに生成するSは最大値の3.0molとなり、x＞1.0molにおいては、生成するSの物質量は減少し、x＝3.0molのときに、Sは0molとなります。
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02
2つの反応式が絡んだ計算問題です。段階を踏んで何が起きているかをイメージしながら解くことが重要です。
式(1)でx molの硫化水素から二酸化硫黄がx mol生成します。式(2)では硫化水素と二酸化硫黄が2:1で反応するため、残りの硫化水素(3.0-x) molと二酸化硫黄x molのどちらが先になくなるかで場合分けが必要です。
x ≤ 1.0のとき、二酸化硫黄が律速となり二酸化硫黄x molからS = 3x molが生成します。
x > 1.0のとき、硫化水素が律速となり硫化水素(3.0-x) molからS = 1.5(3.0-x) molが生成します。
従ってx=1.0で最大値3.0molをとるグラフが正解になります。
この選択肢が正解です。
複数の反応が組み合わさり、生成物濃度を解く問題では、律速段階を理解することが重要です。
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