Quimica模試【２０２０年１０月４日】

１．次の9種類の物質について答えよ。
アンモニア　液体窒素　塩酸　黒鉛　ダイヤモンド　ドライアイス　フラーレン　ホルマリン　水

(1)　単体はいくつあるか。（半角英数）
(2)　純物質はいくつあるか。（半角英数）
(3)　同素体の関係にある物質はいくつあるか。（半角英数）

２．次のうち、[ ]の物質が元素ではなく単体を指しているものはどれか。

３．弱塩基Bを水に溶かすと、BH⁺とOH⁻が生成し、次のような電離平衡の状態になる。

したがって、この反応の平衡定数をKbとすると、電離平衡は式①のようになる。

ここで水の濃度[H₂O]はほぼ一定とみなせるので、K[H₂O]=Kbと表すと、電離定数Kbは式②のようになる。

(1)　弱塩基Bの全濃度をcとすると、電離度が非常に小さい場合に、電離度の近似式として最も適当なものはどれか。

(2)　弱塩基Bの電離定数Kbが5.0✕10⁻⁶mol/Lであるとき、濃度0.20mol/Lの水溶液中での弱塩基Bの電離度とその水溶液のpHの最も近い値の組み合わせはどれか。ただし、水のイオン積は1.0✕10⁻¹⁴(mol/L)²とする。

次の反応(A)〜(H)に関する問いに答えよ。

問　(A)〜(H)の反応が平衡状態になっているとき、それぞれの反応について[ ]内で示した操作を行った。このとき平衡はどちらに移動するか。正しいものをそれぞれ(a)〜(c)から選べ。（半角英数）必要があれば繰り返し使用してよい。
(a)　右向きに移動する　　(b)　左向きに移動する　　(c)　移動しない

５．( )に最も適合するものを、それぞれ語群（全角カタカナ）から選べ。
　片側を閉じた十分に長いガラス管の内部を水銀で満たし、水銀だめの中で倒立させた。この水銀柱の真空部分を水蒸気で飽和させると27℃、1気圧において、水銀柱の高さは7.30✕10²mmであった。27℃における水の飽和蒸気圧は( A )kPaである。27℃で、水素が圧力3.0✕10kPaで詰められた耐圧容器X(容積2.0L)と、酸素が圧力4.0✕10kPaで詰められた耐圧容器Y容積(容積3.0L)が、コックZで連結されている。温度を27℃で一定に保ったまま、コックZを開けて二つの気体を混合すると、混合気体の全圧は( B )kPaとなった。この混合気体に電気火花を点火して反応させたのち、容器の温度を27℃にすると、容器内の全圧は( C )kPaとなった。(標準大気圧＝760mmHg)

６．次の文章を読み、(1)〜(5)に答えよ。H=1.00、O=16.0
　過酸化水素には漂白や殺菌の作用があり、_(ⅰ)実験室では酸化マンガン(Ⅳ)を触媒とした酸素の発生にも用いられる。過酸化水素は、その高い反応性により他の様々な物質とも反応する。
　過酸化水素とヨウ化カリウムが反応すると、ヨウ素が生成するため溶液は無色から褐色に変化する。この反応は、水に溶解した過酸化水素の濃度を求めるために利用される。実際には、_(ⅱ)過酸化水素水に希硫酸を加えた酸性条件下で、過酸化水素の物質量に対して過剰量のヨウ化カリウムを加えて完全に反応させる。この溶液中のヨウ素をチオ硫酸ナトリウムにより、デンプン水溶液を指示薬として滴定する。
(1)　下線部(ⅰ)の反応で、質量パーセント濃度3.00%の過酸化水素水を用いて酸素を発生させた。標準状態で5.60Lの酸素を得るには何Lの過酸化水素水が必要か。有効数字2桁で答えよ。ただし、過酸化水素水の密度は1.00g/cm³とする。

(2)　滴定の際に、チオ硫酸ナトリウムを加えるのにもっとも適当な器具を1つ選べ。

(3)　下線部(ⅱ)の反応において、過酸化水素は酸化剤または還元剤として作用している。このときの過酸化水素と同じ作用（酸化剤または還元剤）をもつ化合物をすべて選べ。

(4)　下線部(ⅱ)の反応で、過酸化水素から生成する化合物をすべて選べ。

(5)　過酸化水素の濃度を求めるため、過酸化水素水10.0mLを希硫酸で100mLに希釈し、過剰量のヨウ化カリウムと十分に反応させた。この溶液を1.00✕10⁻¹mol/Lチオ硫酸ナトリウム水溶液で滴定すると、28.0mLで終点となった。過酸化水素の濃度は何mol/Lか。有効数字2桁で求めよ。

７．結晶の構造に関する次の文章を読み、(1)〜(6)に答えよ。NA=6.02✕10²³/mol
金属結晶中の原子は、図1に示すような（　①　）格子、それに比べて充填率が高い（　②　）構造や面心立方格子という規則的に配列した構造をとる。また、図1には単位格子の右側に同様の単位格子が繰り返し並んでいることを示す立方体が描かれている。1つの原子に最も近接している原子の数を配位数と定義すると、（　①　）格子を構成する原子の配位数は8である。それに対して（　②　）構造や面心立方格子を構成する原子の配位数は（　③　）である。図1の球で示された原子9個を金属結晶中から取り出すと、図2のような原子9個からなる集合体がきる。このようないくつかの原子から構成される原子の集合体をクラスターと呼ぶ。この図2に示したクラスターには、金属結晶中と同じ配位数をもつ原子と、金属結晶中よりも少ない配位数をもつ原子がある。それぞれを内殻原子、露出表面原子と呼ぶ。この露出表面原子の中心を頂点とする多面体を考えると、このクラスターは六面体になっている。
　金属原子1.40✕10⁻³molから、クラスターをある条件で合成したところ、すべて同じ原子数をもつ6.48✕10¹⁹個のクラスター(A)が得られた。このクラスター(A)に含まれる原子の配列は、面心立方格子の金属結晶中の原子の配列と同一であった。また、クラスター(A)の露出表面原子1原子に対して、ある分子(B)が1分子結合する。合成された6.48✕10¹⁹個のクラスター(A)に、7.78✕10²⁰個の分子(B)が結合した。

(1)　文中の空欄（　①　）〜（　③　）に当てはまる語句を答えよ。

(2)　クラスター(A)1個に含まれる原子の個数を答えよ。

(3)　クラスター(A)1個に含まれる露出表面原子の個数を答えよ。

(4)　金属原子の半径をrとしたとき、クラスター(A)のある露出表面原子の中心から別の露出表面原子の中心を結んだ線分で最も短いものと最も長いものの長さを答えよ。

(5)　クラスター(A)の露出表面原子の配位数を答えよ。

(6)　クラスター(A)の露出表面原子の中心を頂点とする多面体を考えると、クラスター(A)は何面体であるかを答えよ。