2014 久留米大学医学部化学

2014 久留米大学医学部化学
1 【解答】
⑴
2H2O2 → 2H2O＋O2
⑵
3.0×10－3 mol
⑶
5.0×10－3 mol/(L･s)
⑷
5.4×10－3 s－1
⑸
109 mL(または 108 mL)
⑹
活性化エネルギー以上のエネルギーをもつ分子の割合が大きくなるから。
⑺
触媒のはたらきをする酵素はタンパク質でできており，高温では変性が起こり，
失活するため。
【解説】
塩化鉄(Ⅲ)FeCl3 は触媒である。
⑴
FeCl aq
 2H2O＋O2
2H2O2  3
⑵
発生した気体は酸素 O2 である。30 秒後までに発生した O2 は，
294 K，(1.013×105－2.49×103) Pa，37 mL
である。発生した O2 の物質量を n〔mol〕とすると，
(1.013×105－2.49×103)×
37
＝n×8.3×103×294
1000
より，
n＝1.49…×10－3〔mol〕
である。分解した H2O2 の物質量は，発生した O2 の物質量の２倍だから，
1.49×10－3×2＝2.98×10－3 ≒3.0×10－3〔mol〕
である。
⑶
30 秒間の H2O2 のモル濃度の減少は，
2.98  10 3
＝1.49×10－1〔mol/L〕
20
1000
だから，この 30 秒間の反応速度は，
1.49  10 1
＝4.96…×10－3 ≒5.0×10－3〔mol/(L･s)〕
30
である。
1
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30 秒後の H2O2 のモル濃度は，
⑷
1.0－1.49×10－1＝0.851〔mol/L〕
だから，最初の 30 秒間の H2O2 の平均のモル濃度は，
1.0  0.851
＝0.925…(mol/L)
2
である。v＝k[H2O2]より，
5.0×10－3 ＝k×0.925
を解いて，
k＝5.40…×10－3 ≒5.4×10－3〔/s〕
となる。
⑷
90 秒間の H2O2 のモル濃度の減少は，
1.49×10－1×
84
＝3.38×10－1〔mol/L〕
37
だから，90 秒後の H2O2 のモル濃度は，
1.0－3.38×10－1 ＝0.662〔mol/L〕
である。
120 秒後の H2O2 のモル濃度を C〔mol/L〕とすると，v＝k[H2O2]より，
－
C  0.662
120  90
＝5.4×10－3×
0.662  C
2
より，
C ＝0.562…〔mol/L〕
である。したがって，120 秒間の H2O2 のモル濃度の減少は，
1.0－0.562＝0.438〔mol/L〕
であり，H2O2 の物質量の減少は，
0.438×
20
＝8.76×10－3〔mol〕
1000
となり，発生した O2 の物質量は
8.76×10－3×
1
＝4.38×10－3〔mol〕
2
である。したがって，
X＝37×
4.38  10 3
1.49  10 3
＝108.7…≒109〔mL〕(☞注参照)
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(注) ⑵の解説で n の値を，
n＝1.498…×10－3 ≒1.50×10－3〔mol〕
のように求めて，以下の設問を n＝1.50×10－3〔mol〕を用いて解き進めると，
⑵～⑷の解答に変化はないが，⑸の解答は 108 mL となる。
ところで，⑸の解答が 109mL であれ 108mL であれ，60～90 秒の O2 発生量よ
りも 90～120 秒の O2 発生量の方が大きくなっており，[H2O2]の濃度が小さくなる
にしたがって反応速度が小さくなることと矛盾している。これは，問題での数値設
定のミスであり，煩雑な計算を乗り越えて求めた解答なので，とまどった受験生も
いたかもしれない。
時間(秒)
0
30
60
90
120
捕集量(mL)
0
37
63
84
109
(108)
30 秒間での
O2 発生量(mL)
⑹
37
26
21
25
(24)
温度を高くすると，活性化エネルギー以上のエネルギーをもつ分子の割合が大きくな
るので，反応速度が大きくなる。また，分子の熱運動が激しくなり，分子の衝突頻度も
わずかには増加しているが，反応速度の増大に大きく影響を与えているのは，「活性化
エネルギー以上のエネルギーをもつ分子の割合が大きくなる」ことなので，「衝突頻度
の増加」は理由に含める必要はない。
⑺
肝臓片にはカタラーゼという酵素が含まれている。酵素はタンパク質からできてい
るので，高温では変性が起こり，失活する。
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2 【解答】
組成式： Fe2O3
⑴
酸化数：＋3
化学反応式： Fe2O3＋3CO → 2Fe＋3CO2
FeCl3
K4[Fe(CN)6]
(イ)
(ウ)
KSCN
⑵
(ア)
⑶
表面の亜鉛の方が鉄よりもイオン化傾向が大きいので，亜鉛が先に酸化されるか
ら。
⑷
記号： (エ)
沈殿： AgCl
⑸
記号： (ウ)
理由：
Fe(OH)3 のコロイドは正に帯電しているため，価数の
大きな陰イオンを含む電解質ほど凝析させやすいから。
【解説】
⑴
赤鉄鉱の主成分は酸化鉄(Ⅲ)Fe2O3，磁鉄鉱の主成分は四酸化三鉄 Fe3O4 である。鉄
は，高炉(溶鉱炉)で鉄鉱石をコークス(C)，石灰石(CaCO3)と反応させてつくる。高炉
で得られる鉄は銑鉄とよばれ，炭素などの不純物を含む。銑鉄を転炉に移し，酸素を吹
き込んで炭素などの不純物を減らし鋼にする。溶鉱炉中の反応は，次の通り。
C＋O2 → CO2
CO2＋C → 2CO …還元剤
Fe2O3＋3CO → 2Fe＋3CO2
CaCO3 → CaO＋CO2
SiO2＋CaO → CaSiO3 …スラグの主成分
⑵
単体の鉄は塩酸に溶ける。
Fe＋2H＋ → Fe2＋(淡緑色)＋H2
塩素を吹き込むと鉄(Ⅱ)イオン Fe2＋が酸化されて鉄(Ⅲ)イオン Fe3＋になる。
2Fe2＋(淡緑色)＋Cl2 → 2Fe3＋(黄褐色)＋2Cl－
以下は，鉄(Ⅲ)イオン Fe3＋の検出反応である。
Fe3＋＋
K4[Fe(CN)6]aq → 濃青色沈殿
ヘキサシアノ鉄(Ⅱ)酸カリウム水溶液
Fe3＋＋
KSCNaq
→ 血赤色溶液
チオシアン酸カリウム水溶液
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⑶
腐食とは，金属単体が水や酸素などの環境物質と反応し，酸化されて崩壊または溶解
してしまうことである。イオン化傾向が Zn＞Fe であるから，Zn は Fe よりも酸化され
やすい。トタンに傷がついて Fe が露出しても，表面の Zn が先に腐食するので，内部
の Fe は保護される。
⑷
FeCl3 水溶液を沸騰水に入れると，
FeCl3＋3H2O → Fe(OH)3＋3H＋＋3Cl－
のように加水分解反応し，水酸化鉄(Ⅲ)Fe(OH)3 のコロイド溶液となる。この溶液を，
セロハンの袋を用いて透析すると，H＋と Cl－がセロハンの袋の外の水中に出てくる。
これに AgNO3 水溶液を加えると，AgCl(白色沈殿)が生じる。
⑸ 水酸化鉄(Ⅲ)Fe(OH)3 のコロイドは正に帯電しているので，価数の大きな陰イオンを
含む電解質を加えると凝析を起こしやすい。(ア)～(オ)に含まれる陰イオンは次の通り
である。
(ア)(イ)(オ) … Cl－
(ウ) … PO43－ → 最も凝析効果が大
(エ) … SO42－
(カ) … NO3－
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3 【解答】
C2H2
⑴
(ア)
(イ) 三重結合
(ウ) 白川秀樹
⑵
①
CaC2＋2H2O → Ca(OH)2＋C2H2
②
5.0 L
⑶
CAg≡CAg
⑷
51 g
⑸
アセタール化
⑹
アセチレンに水を付加してもアセトアルデヒドが生成し，ビニルアルコールは得
られないため。（43 字）
⑺
C： CH3－CO－O－CH＝CH2
F：ビニロン
G：ベンゼン
【解説】
⑴・⑵①・⑸・⑺
下線部⒜の化学反応式は，
CaC2＋2H2O → Ca(OH)2＋C2H2⑵①
であり，A はアセチレン C2H2⑴(ア)である。
アセチレンの構造式は，
H－C≡C－H
であり，三重結合⑴(イ)をもち，水素，ハロゲン，水などと容易に付加反応を起こす。
CH≡CH ＋ H2 → CH2＝CH2
B：エチレン
CH≡CH ＋ CH3－CO－OH → CH3－CO－O－CH＝CH2⑺C
C：酢酸ビニル
酢酸ビニル(C)を付加重合させると，ポリ酢酸ビニル(D)が得られる。ポリ酢酸ビニ
ルをけん化するとポリビニルアルコール(E)が得られる。ポリビニルアルコールをアセ
タール化⑸するとビニロン⑺F(F)が得られる。
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CH≡CH
CH3COOH
付加
CH2
CH
O－CO－CH3
酢酸ビニル(C)
付加重合
CH2
(7)C
CH
CH2
けん化
CH
OH n
OCOCH3 n
ポリビニルアルコール(E)
ポリ酢酸ビニル(D)
ホルマリン
(HCHOaq)
アセタール化
CH2
CH2
CH
OH n－2x
CH
CH2
CH
O
CH2
O
x
ビニロン(F)
アセチレンを加熱した石英管に通すと，3 分子の付加重合反応によりベンゼン⑺G(G)
が生成する。
3CH≡CH →
アセチレンをチーグラー・ナッタの触媒存在下で反応させると，多数の分子の付加重合
反応により，ポリアセチレン(H)が生成する。
nCH≡CH →
CH
CH n
平川秀樹⑴(ウ)博士は，ポリアセチレンを素材とする導電性プラスチックの開発に成功
し，2000 年にノーベル化学賞を受賞した。
日本人のノーベル化学賞受賞者は，次の通り。
1981 年
福井謙一
化学反応過程の理論的研究
2000 年
白川英樹
導電性プラスチックの発見と開発
2001 年
野依良治
不斉触媒による不斉反応の研究
2002 年
田中耕一
生体高分子の同定および構造解析のための手法の開発
2008 年
下村脩
緑色蛍光タンパク質(GFP)の発見と生命科学への応用
2010 年
鈴木章
クロスカップリングという有機合成反応の開発
根岸英一
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⑵②
CaC2＝64 より，
72
100 ×22.4＝5.04≒5.0〔L〕
64
20 
⑶
三重結合を形成している炭素原子に直接結合した水素原子は，アンモニア性硝酸銀水
溶液を反応させると，銀に置換される。
性AgNO aq
－C≡CH NH
 3    3 
 －C≡CAg(白色沈殿)
アセチレンの場合，三重結合を形成している炭素原子に直接結合した水素原子 2 個
が銀に置換される。
性AgNO aq
HC≡CH NH
 3    3 
 AgC≡CAg(白色沈殿)
D はポリ酢酸ビニルで，E はポリビニルアルコールである。
⑷
CH2
CH
NaOHaq
   

CH2
CH
OH n
OCOCH3 n
分子量 86n
分子量 44n
100
×44n＝51.1…≒51〔g〕
86 n
⑹
アセチレンに水が付加して生じるビニルアルコールは不安定なため，ただちに異性化
してアセトアルデヒドになる。
CH≡CH ＋ H2O 付加

 CH2
CH 異性化

 CH3
C
OH
O
ビニルアルコール
H
アセトアルデヒド
8
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