共通テスト(理科) 過去問
令和6年度(2024年度)追・再試験
問103 (化学(第2問) 問5)

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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103(化学(第2問) 問5) (訂正依頼・報告はこちら)

必要があれば、原子量は次の値を使うこと。
H 1.0  C 12  N 14  O 16
Na 23  Al 27  S 32  Cl 35.5
Co 59  Cu 64  Ba 137
気体は、実在気体とことわりがない限り、理想気体として扱うものとする。

電気分解では、外部から与えた電気エネルギーを使って酸化還元反応を起こしている。電気分解を用いると、(a)金属などを高い純度で得ることができる。また、(b)反応後の物質の生成量は、反応に要した電気量からわかる。このことを利用して、(c)微量な成分の量を測定できる。電気分解を用いた金属の精錬と、微量な成分の量の測定に関する次の問いに答えよ。ただし、ファラデー定数は9.65✕104C/molとする。

下線部(b)について、硫酸銅(Ⅱ)CuSO4水溶液の電気分解によって析出する銅Cuの質量と流れた電気量の関係を図1に示す。Q0(C)は、Cuが16g析出するときに流れた電気量である。酸化アルミニウムAl2O3の溶融塩電解によってアルミニウムAlの単体を得るとき、流れた電気量と析出するAlの質量の関係を示した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、流れた電子はすべてCuまたはAlの析出に使用されたものとする。
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この過去問の解説 (1件)

01

硫酸銅(Ⅱ)CuSO4水溶液の電気分解では、陰極で銅Cuが析出します。

 

陰極:Cu2++2e-→Cu

 

また、酸化アルミニウムAl2O3の溶融塩電解では、陰極でアルミニウムAlが析出します。

 

陰極:Al3++3e-→Al

 

ファラデー定数をF(C/mol)とすると、流れた電気量と析出するCuとAlの質量は比例するので、流れた電気量がQ0(C)の時、析出したCu(原子量64)の質量は図1より

 

64g/mol✕Q0(C)/F(C/mol)✕1/2=16g

 

これよりQ0/F=0.50mol

 

同様に考えて、析出したAl(原子量27)の質量は

 

27g/mol✕Q0(C)/F(C/mol)✕1/3=27g/mol✕0.50mol✕1/3=4.5g

 

以上のことから、流れた電気量がQ0(C)の時、析出するAlの質量が4.5gとなるグラフを選びます。

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