【中2理科】マグネシウム:酸素の比は3:2｜銅との質量比の計算と覚え方

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銅やマグネシウムを加熱したときの、質量の比が覚えられない…

「銅：酸素＝4：1」と「銅：酸化銅＝4：5」のどっちを使えばいいのか分からない…

計算問題になると、どこから手をつけていいか分からない…

こういう中2の人に向けて書きました。

結論からいうと、銅と酸素は4：1、マグネシウムと酸素は3：2の質量の比で結びつきます。

この2つの比を覚えて、「化合物の質量＝金属の質量＋酸素の質量」で考えれば、計算問題は解けます。

化学変化と質量の比とは

金属を加熱すると、空気中の酸素と結びついて酸化物になります。

銅なら酸化銅、マグネシウムなら酸化マグネシウムです。

このとき、金属と結びつく酸素の質量には、金属ごとに決まった割合があります。

これを質量の比といいます。

どちらの比も、実験で質量をはかって確かめた結果です。

金属の質量をいくら変えても、この比は変わりません。

この比を使うと、金属が何gあれば酸素が何g必要か、酸化物が何gできるか、が計算で分かります。

銅と酸素の質量の比（4：1）

銅を加熱すると質量が増える

銅の粉末をステンレス皿にのせ、加熱します。

加熱のあとに冷ましてから質量をはかり、また加熱する、ということを何回か繰り返します。

すると、黒い酸化銅ができて、質量は少しずつ増えていきます。

そして、あるところから質量が変わらなくなります。

質量が変わらなくなったのは、銅がすべて酸素と結びついて、酸化銅になり終わったからです。

増えた分の質量は、結びついた酸素の質量です。

グラフの読み方

銅の質量と、できた酸化銅の質量の関係をグラフにすると、原点を通る直線になります。

つまり、銅の質量と酸化銅の質量は比例します。

グラフから、銅が4のとき、酸化銅は5になります。

酸化銅から銅を引いた1が、結びついた酸素の質量です。

だから、銅：酸素＝4：1、銅：酸化銅＝4：5です。

例題: 銅1.2gが酸素と結びつくとき

銅1.2gを完全に酸化させると、酸化銅は何gできますか。

また、結びついた酸素は何gですか。

酸素の質量を求めます。

銅：酸素＝4：1なので、酸素の質量は 1.2 × 1/4 ＝ 0.3 g です。

酸化銅の質量は、銅と酸素の質量を足して 1.2 ＋ 0.3 ＝ 1.5 g です。

答えは、酸化銅が1.5g、酸素が0.3gです。

マグネシウムと酸素の質量の比（3：2）

マグネシウムも、加熱すると酸素と結びついて、白い酸化マグネシウムになります。

考え方は銅とまったく同じです。

グラフから、マグネシウムが3のとき、酸化マグネシウムは5になります。

差の2が、結びついた酸素の質量です。

だから、マグネシウム：酸素＝3：2、マグネシウム：酸化マグネシウム＝3：5です。

例題: マグネシウム1.2gが酸素と結びつくとき

マグネシウム1.2gを完全に酸化させると、酸化マグネシウムは何gできますか。

マグネシウム：酸素＝3：2なので、酸素の質量は 1.2 × 2/3 ＝ 0.8 g です。

酸化マグネシウムは 1.2 ＋ 0.8 ＝ 2.0 g です。

答えは2.0gです。

銅とマグネシウムの違い

同じ質量の金属で比べると、マグネシウムのほうが結びつく酸素の質量が大きくなります。

例えば1.2gの金属なら、銅は酸素0.3g、マグネシウムは酸素0.8gと結びつきます。

そのため、同じ質量の金属を加熱したとき、マグネシウムのほうが質量の増え方が大きくなります。

比の計算のしかた

質量の比の問題は、次の順で考えると間違えません。

1. 問題文が「どの金属」の話かを確かめる（銅なら4：1、マグネシウムなら3：2）
2. 分かっている質量が「金属」「酸素」「酸化物」のどれかを確かめる
3. 金属と酸素の比から、分からない質量を比例で求める
4. 酸化物の質量は、金属の質量と酸素の質量を足して求める

酸化物の質量が分かっている場合は、先に「酸化物：金属」や「酸化物：酸素」の比を使うと速く解けます。

銅なら酸化銅：酸素＝5：1、マグネシウムなら酸化マグネシウム：酸素＝5：2です。

よくある間違い

「4：1」と「4：5」を取り違える

いちばん多い間違いが、比の取り違えです。

「4：1」は銅と酸素の比で、「4：5」は銅と酸化銅の比です。

問題文で聞かれているのが酸素の質量なのか、酸化物の質量なのかを、先に線を引いて確かめましょう。

酸素の質量を「引き算」で出し忘れる

加熱の前後で質量が増えた分が、結びついた酸素の質量です。

「加熱後の質量−加熱前の質量」で酸素の質量が出るのに、それを使わずに行き詰まる人がよくいます。

グラフの問題でも同じです。

「酸素の質量は、化合物の質量−金属の質量」と覚えておきましょう。

加熱が足りず、金属が残っている

加熱の回数が少ないと、金属の一部が酸素と結びつかないまま残ります。

このときは、金属が全部酸化したわけではないので、そのまま比で計算してはいけません。

増えた質量は酸素の質量なので、まず酸素の質量から、反応した金属の質量を求めます。

練習問題の問4が、この形です。

入試ではこう出る

このテーマは、入試で次のような形で問われます。

• 金属の質量と化合物の質量のグラフを読み、比を自分で求める問題
• 銅とマグネシウムのグラフが同じ図に描かれ、2つを比べる問題
• 加熱が不十分で金属が残る場合に、反応した金属と残った金属の質量を求める問題
• 「質量が増えた理由」を説明する記述問題

次の図は、銅とマグネシウムを加熱したときの、金属の質量と化合物の質量の関係を表したものです。

図の下に「酸素の質量は、化合物の質量−金属の質量」と書いてあるように、グラフから酸素の質量を読み取るのが最初の一歩です。

2本の直線の傾きが違うのは、金属ごとに結びつく酸素の割合が違うからです。

グラフの傾きが大きいマグネシウムのほうが、同じ質量の金属からできる化合物が重くなります。

練習問題

問1 銅2.4gを十分に加熱して、すべて酸化銅にしました。

できた酸化銅は何gですか。

（銅：酸素＝4：1）

問2 酸化マグネシウム4.0gに含まれるマグネシウムと酸素は、それぞれ何gですか。

（マグネシウム：酸素＝3：2）

問3 入試の図の「金属の質量と化合物の質量」のグラフを見てください。

グラフから、化合物が3.0gできるときの金属の質量は、銅が2.4g、マグネシウムが1.8gと読み取れます。

このとき化合物に含まれる酸素の質量は、銅とマグネシウムでそれぞれ何gですか。

問4 銅の粉末2.0gを加熱したところ、途中で加熱をやめたので、全体の質量が2.3gになりました。

このとき、酸素と結びついた銅は何gですか。

また、結びつかずに残っている銅は何gですか。

問5 銅の粉末を加熱すると、加熱後の質量が増えます。

その理由を、「酸素」という言葉を使って説明しなさい。

解答と解説

問1の答え 3.0g

銅：酸化銅＝4：5なので、酸化銅の質量は 2.4 × 5/4 ＝ 3.0 g です。

別の求め方として、酸素は 2.4 × 1/4 ＝ 0.6 g なので、2.4 ＋ 0.6 ＝ 3.0 g でも同じ答えになります。

問2の答え マグネシウム2.4g、酸素1.6g

マグネシウム：酸化マグネシウム＝3：5なので、マグネシウムの質量は 4.0 × 3/5 ＝ 2.4 g です。

酸素の質量は、酸化マグネシウムからマグネシウムを引いて 4.0 − 2.4 ＝ 1.6 g です。

確かめると、2.4：1.6＝3：2になっています。

問3の答え 銅0.6g、マグネシウム1.2g

酸素の質量は、化合物の質量−金属の質量で求めます。

銅は 3.0 − 2.4 ＝ 0.6 g、マグネシウムは 3.0 − 1.8 ＝ 1.2 g です。

同じ質量の化合物でも、マグネシウムのほうが含まれる酸素が多いことが分かります。

問4の答え 酸素と結びついた銅は1.2g、残っている銅は0.8g

増えた質量が、結びついた酸素の質量です。

2.3 − 2.0 ＝ 0.3 g です。

銅：酸素＝4：1なので、結びついた銅は 0.3 × 4 ＝ 1.2 g です。

残っている銅は、はじめの質量から引いて 2.0 − 1.2 ＝ 0.8 g です。

問5の答え 銅が空気中の酸素と結びついて酸化銅になり、結びついた酸素の質量の分だけ、全体の質量が増えるから。

まとめ

この単元は、比さえ覚えてしまえば、あとは比例の計算です。

まずは、銅の4：1と、マグネシウムの3：2を、すぐ言えるようにしておきましょう。

化合や分解の記事も、あわせて読んでおくと、質量の考え方がつながります。

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