〔2015A〕 化 学 （化学基礎・化学） （注意事項） 1．解答開始の指示があるまで問題冊子を開いてはいけません。 2．問題冊子と解答用紙は別になっています。 3．解答用紙の各ページの所定欄に受験番号，氏名を記入しなさい。 4．計算等が必要な場合は問題冊子の余白を利用しなさい。 5．試験終了後は問題冊子を持ち帰りなさい。 化学 ［注意］ ○ 計算問題では，結果のみでなく途中の計算過程も示しなさい。 第１問 問１ 電気分解について⑴～⑶の問に答えなさい。 ⑴ 次の文章のA ～ Jの空白部分について，下の語群の中から最も適当と思う用 語を選んで埋めなさい。 A 電 解 質 の 水 溶 液 や 高 温 の 融 解 塩 に 電 極 を 入 れ， B 電流を流して 反応を起こさせることを電気分解という。電気分解では ネルギーを受け取って B 反応が進行し，より高い D C エ エネルギー を持つ物質が生成する。 E 電源の正極につないだ電極を ，負極につないだ電極を G いう。電気分解の電極には，ふつう化学的に安定な や F H と が用 いられる。 電解質水溶液の電気分解では，電子が流れ込む されやすい物質が電子を受け取る 出す E では，最も J I F では最も I 反応が起こる。また，電子が流れ されやすい物質が電子を失う J 反応 が起きる。 還元，酸化還元，電気分解，電気，化学，塩基，酸塩基，熱，光，陽極， 白金Pt，亜鉛Zn，交流，正極，黒鉛C，銅Cu，加水分解，酸，直流， 陰極，負極，酸化 ⑵ 不活性な物質を電極に用いた水の電気分解において，溶液の伝導性をよくす るために少量の水酸化ナトリウムを加えた。両極で起こる反応について化学反 応式を用いて説明しなさい。 ―1― 化学 ⑶ 不活性な物質を電極に用いた水の電気分解において，溶液の伝導性をよくす るために少量の硫酸を加えた。両極で起こる反応について化学反応式を用いて 説明しなさい。 問２ 鉛蓄電池について以下の問に答えなさい。（ただし原子量は，H=1.0，O=16， S=32，Pb＝207とする。） ⑴ 放電時に負極と正極で起こる変化を，それぞれ電子e－を用いたイオン反応式 で書きなさい。 ⑵ この電池を放電し，2.0Aの電流を3.0時間取り出したとき，負極・正極の電 極の質量はそれぞれ何gずつ増減するかを有効数字２桁で答えなさい。（ただし ファラデー定数は，F = 9.65×104 C/molとする。） ⑶ 上述の⑵と同じ電流を流して充電すると電解液の密度はどのように変化する か答えなさい。 問３ 酢酸水溶液のpHについて，以下の問に答えなさい。 + ⑴ 初濃度C = 0.10 mol/Lの酢酸の電離度αと水素イオン濃度[H ]を小数第１位 まで求めなさい。（ただし酢酸の平衡定数は，Ka = 2.7×10－5 mol/L， 2.7 = 1.6 とする。） ⑵ 0.10 mol/Lの酢酸水溶液のpH を小数第1位まで求めなさい。（ただし，log10 1.6 = 0.20とする。） ―2― 化学 第２問 問１ 元素の周期表に関する⑴～⑶の問に答えなさい。 ⑴ 水素を除く１族元素を総称して何と呼ぶか。 ⑵ 一般に，１族元素と１７族元素からなる化合物は水に溶けると電離する。こ の理由を簡潔に答えなさい。 ⑶ １族元素は，周期が大きくなるにつれて原子半径と電離しやすさはどう変化 すると考えられるか。理由を含めて簡潔に答えなさい。 問２ ハロゲンに関する⑴～⑶の問に答えなさい。 ⑴ ハロゲンの単体は酸化力があるが，周期が大きくなるにつれて酸化力はどの ように変化すると考えられるか。理由を含めて簡潔に答えなさい。 ⑵ ２種類のハロゲンAとBがある。Aのカリウム塩水溶液にBの単体を投入した とき，Aの単体が遊離する組み合わせを以下のア～エから選び，さらにその化 学反応式を答えなさい。 ア A：塩素，B：臭素 イ A：ヨウ素，B：臭素 ウ A：塩素，B：ヨウ素 エ A：フッ素，B：塩素 ⑶ ２種類のハロゲンXとYがある。Xの単体は冷暗所でも水素と爆発的に化合 するのに対し，Yの単体は光の下で水素と爆発的に化合する。また，それらの 生成物は水によく溶け，Yを含む生成物は強酸であるのに対し，Xを含むもの は弱酸であった。XとYに当てはまる元素名を答えなさい。 ―3― 化学 問３ 以下の文章のA ～ Dの空欄に最も適当な語句を答え，さらに⑴～⑵の問に 答えなさい。 塩化ナトリウムの飽和水溶液に A とアンモニアを吹き込むと，炭酸 水素ナトリウムが沈殿する。この沈殿を集めて焼くと， A 生成する B が生成する。 は炭酸カルシウムを強熱することによって作られ，その際に同時に C は，水と反応させて D を作り，アンモニアを回収す るための強塩基として用いる。 ⑴ 下線部の化学反応式を答えなさい。 ⑵ 上の文章で示された方法で5.30 kgの B を生成するために必要なア ンモニアの質量は何kgか，有効数字３桁で答えなさい。（ただし原子量は， H=1.0，C=12，N=14，O=16，Na=23とする。） 問４ 鉄に関する⑴～⑵の問に答えなさい。 ⑴ 赤鉄鉱Fe2O3などの鉄鉱石をコークスC，石灰石CaCO3と混合して溶鉱炉に入 れて強熱すると，コークスから生じた一酸化炭素によって，赤鉄鉱が鉄Feまで 還元される。このときの化学反応式を答えなさい。 ⑵ 上記⑴で生じた鉄（銑鉄）は不純物が多くもろいため，より強い鉄である鋼 を作るために酸素が吹き込まれる。この酸素の役割を簡潔に答えなさい。 ―4― 化学 問５ A ～ Eの試験管に，Fe ，Al ，Cu ，Zn ，Ag のいずれかの金属イオンを一 3+ 3+ 2+ 2+ + つずつ含む水溶液が入っている。これらを用いて，以下の実験を行った。⑴～ ⑶の問に答えなさい。 （実験１）試験管Aの水溶液に希塩酸を加えると白色の沈殿が生じた。 （実験２）試験管BとCにそれぞれアンモニア水を加えると，Bでは青白色の沈 殿が生じ，Cでは白色の沈殿が生じた。それぞれさらにアンモニア 水を加えると，Bは濃青色の水溶液となり，Cは無色の水溶液となっ た。 （実験３）試験管Dに水酸化ナトリウム水溶液を加えると，赤褐色の沈殿が生 じた。 ⑴ 試験管A ～ Eに含まれているのはそれぞれどの金属イオンかイオン式で答え なさい。 ⑵ 実験２で観察された青白色の沈殿が濃青色の水溶液となったときの化学反応 式を答えなさい。 ⑶ 試験管Eにアンモニア水を加えると，白色沈殿が生じた。この沈殿の化学式 を答えなさい。 ―5― 化学 第３問 問１ 以下は有機化合物について説明したものである。以下の問に答えなさい。 炭 素 原 子 ど う し が 鎖 状 に 結 合し た 構 造 の も の を 鎖 式 化 合 物， も し く は ア といい，環状に結合した構造が一つでもあるものを イ のうち，ベンゼンのような６個の炭素原子からなる特別な環の構造 をもつものを芳香族化合物といい，それ以外を ウ う。 エ の分子から水素原子を何個か除いてできる原子団を オ という。 という。 有機化合物のうち，炭素と水素だけからできた化合物を エ イ といい， オ とい が特定の原子団と結びつくと，その原子団に特有の性質をもつ 化合物となる。このような特有の性質を示すもとになる原子団を カ と いう。 ⑴ 空欄のア～カに入る語句を書きなさい。 ⑵ 分子式が同じで構造が異なる化合物を互いに異性体であるというが，異性体 を実際に２つ取り挙げて，それらの化合物の名称と構造式を書きなさい。 問２ 炭素・水素・酸素だけからなる有機化合物の試料1.2 mgを元素分析装置で完 全燃焼させたところ，二酸化炭素 1.76 mg，水0.72 mgを得た。次の問に答えな さい。（ただし原子量は，H＝1.0，C＝12，O＝16とする。） ⑴ この化合物の組成式を求めなさい。解答用紙には途中の計算式も書くこと。 ⑵ この化合物の分子量は60.0であった。この物質の分子式を書きなさい。 ⑶ この化合物は刺激臭を持つ無色の液体で，水溶性を示した。この物質の示性 式を書きなさい。 ―6― 化学 問３ ⑴～⑷はメタンの水素原子１個をある原子団（－OH，－CHO，－OCH3，も しくは－COOC2H5）で置換した化合物の性質を示している。以下の性質に当て はまる化合物の示性式，および名称を書きなさい。なお，同じものは繰り返し 答えてはならない。 ⑴ ヨードホルム反応を示す。 ⑵ ナトリウムと反応して水素を発生する。 ⑶ ナトリウム単体とは反応しない。 ⑷ カルボン酸とアルコールの縮合反応によって生じる。 ―7― 化学 問４ 安息香酸，アニリン，ニトロベンゼン，フェノールを溶かしたエーテル溶液 がある。この溶液に図のような操作を行ったところ，A ～ Dにそれぞれ一つ ずつ化合物を分離することができた。以下の問に答えなさい。 ᷙว‛ṁᶧ ᳓㉄ൻ࠽࠻࠙ࡓ ᳓ጀ ࠛ࠹࡞ጀ CO2 +ࠛ࠹࡞ ᳓ጀԘ Ⴎ㉄ A ᳓ጀԙ B Ⴎ㉄ ᳓ጀ ᳓㉄ൻ࠽࠻࠙ࡓ C ᳓ጀ D ⑴ A ～ Dに含まれる化合物の名称を答えなさい。 ⑵ 水層①，および②には化合物は塩の形で含まれているが，その名称と構造式 を書きなさい。 ⑶ ナフタレンに上図の操作を行うと，A ～ Dのどこに分離されるか答えなさい。 ⑷ Dに含まれる物質（分子量93）と無水酢酸を反応させると，物質量の比１： １でアセチル化化合物（分子量135）が合成できる。実際の実験では，Dに含 まれる物質の78%が反応した時，Dに含まれる物質232.5 gから何gのアセチル 化化合物が得られるか。有効数字３桁で答えなさい。 ―8― 化学 第４問 以下の問に答えなさい。 問１ 図-1は二酸化炭素の状態図である。矢印①～③のように温度あるいは圧力を 変化させていくと状態はどのように変わるか答えなさい。 ȬőŢȭ գႁ ӳ Ӳ ĶįijķĹȿIJıĶ २ਹത IJįıIJĴȿIJıĶ ӱ ȽĶķįķ أഽ ȬɎȭ 図-1 二酸化炭素の状態図 問２ ダイヤモンドと黒鉛の結晶構造，および性質の違いを簡単に説明しなさい。 問３ 原子の構造に関する次の文章を読み，空欄ア～エに当てはまる最も適切な語 句を記しなさい。 すべての原子の中心には正の電荷をもつ ア の電荷を持つ電子が取り巻いている。一般に イ と，電荷をもたない 原子に含まれる イ イ ウ があり，その周囲を負 ア は，正の電荷をもつ からなる。 の数は，原子の種類ごとに決まっており，この の数を，その原子の エ という。 問４ 水121.4ｇに炭酸ナトリウム十水和物Na2CO3・10H2O 28.6ｇを溶かした。この ときの炭酸ナトリウムのモル濃度を小数第２位まで求めなさい。（ただし，こ の水溶液の密度は1.08 g/mLとする。また原子量は，H＝1.0，C＝12，O＝16， Na＝23とする。 ） ―9― 化学 問５ 質量パーセント濃度で２%のグルコース水溶液がある。この沸点は何℃か。 小数第２位まで求めなさい。（だだし，水のモル沸点上昇を0.52 K・kg/mol， グルコースの分子量を180とする。） 問６ ある容器に，標準状態で1,120 Lの混合ガスが充填されている。混合ガスは， ヘリウム，窒素，酸素からなり，それぞれの体積組成は50%，30%，20%である。 この容器内に存在する原子の総数はいくらか。有効数字３桁で答えなさい。 （た だし，アボガドロ定数は6.02×1023 /molとする。） 問７ 1.01×105 Paで水1 Lに溶け込む酸素の体積を標準状態に換算すると，０℃で 49 mL，20℃で31 mLであるとする。以下の問に有効数字２桁で答えなさい。 （た だし原子量は，O=16とする。） ⑴ 0℃，1.01×105 Paの状態で水に溶けている酸素の量はいくらになるか。mg/L の単位で表しなさい。 ⑵ 次に，0℃で酸素の圧力を3.03×105 Paにした場合，水に溶ける酸素の量はい くらになるか。mg/Lの単位で表しなさい。 ⑶ 20℃で，全圧が1.01×105 Paの空気（体積組成で窒素80%，酸素20%からでき ているものとする）が水に接しているとき，この水1 Lに溶けている酸素の質 量は何mgか答えなさい。 ― 10 ―
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