亜鉛と塩酸の反応でどちらが先になくなるか

着目する点 発生した水素の量が増え続けているのか、途中で頭打ちになっているのかを見る。

判断

• 亜鉛0.50 g→60 cm³、1.00 g→120 cm³と、亜鉛が増えると水素も比例して増える。この範囲では塩酸が余っていて、亜鉛がすべて反応している。
• 1.50 g、2.00 gに増やしても水素は120 cm³のまま増えない。これは塩酸がすべて使われてしまい、亜鉛が余っていることを意味する。
• 残った亜鉛の質量が0 gになる最大の質量が1.00 gである。

結論 塩酸30 cm³とちょうど反応する亜鉛は1.00 gで、このとき発生する水素は120 cm³。

検算 1.50 gのとき、反応に使われたのは1.00 gなので残りは1.50−1.00＝0.50 g。2.00 gのときは2.00−1.00＝1.00 g。表の残量と一致するので、この考え方は正しい。

塩酸45 cm³が生み出せる水素の上限

• 塩酸30 cm³で120 cm³の水素が発生したので、45 cm³では120×45/30＝180 cm³まで発生できる。
• その180 cm³を発生させるのに必要な亜鉛は、1.00 g×45/30＝1.50 g。

亜鉛2.00 gを加えた場合

• 亜鉛2.00 gからは（塩酸が十分なら）240 cm³の水素が発生できる計算になる。
• しかし塩酸が用意できるのは180 cm³分だけなので、塩酸が先になくなる。
• 発生する水素は180 cm³、反応に使われた亜鉛は1.50 gなので、残る亜鉛は2.00−1.50＝0.50 g。

亜鉛0.50 gを加えた場合

• 0.50 gの亜鉛から発生できる水素は60 cm³で、これは塩酸45 cm³の能力180 cm³より少ない。今度は亜鉛が先になくなる。
• 発生する水素は60 cm³で、塩酸は使い切られずに残る。

まとめ 両方の物質について「それぞれが単独で生み出せる量」を計算し、小さいほうが実際の結果を決める、という手順で判断する。

(1) 含まれるイオン 亜鉛イオンと塩化物イオン。水素イオンは塩酸の分だけ使われてしまっているので、ほぼ残らない。

(2) イオンの数の変化

• 水素イオン：亜鉛が溶けるときに使われ、水素となって気体として出ていくので減る。
• 塩化物イオン：反応に関わらないので、数は変わらない（反応の前後で溶液中にそのまま残る）。
• 新たに亜鉛イオンが生じる。

(3) 電流が流れるか イオンが存在する水溶液なので電流は流れる。ただし水素イオンの数が減っているので、反応前と同じ流れやすさとは限らない。

質量の変化 発生した水素が容器の外へ出ていくため、フラスコ全体の質量は反応前よりわずかに減る。ふたをして密閉すれば、出入りする物質がないので質量は変わらない（質量保存の法則）。「見かけの質量が減るのは気体が逃げたから」と説明できることが重要である。