Quimica模試【２０１９年１２月３１日】

１．18世紀末に，ラボアジエは「化学反応の前後で，物質全体の質量は変化しない」という( a )の法則を発見した。同じころ，「化合物を構成する元素の質量の比は常に一定である」 という( b )の法則も発見された。これらの実験事実を説明するために，ドルトンは「物質は原子からできている」という原子説を発表した。一方，ゲーリュサックは「気体の化学反応は反応前後の体積の間に簡単な整数比が成り立つ」という( c )の法則を発見した。しかし，この法則にドルトンの原子説を適用すると，気体の反応はうまく説明することができなかった。満足に説明ができるようになったのは，その後に発表されたアボガドロの仮説が検証されてからである。
　そこで，水素と酸素が化合して水蒸気になる反応を，下に示した図の①〜⑥で考えてみよう。図の正方形は気体を入れた容器であり，それぞれ同一の体積を示す。そして，黒い球の印は水素原子，白い球の印は酸素原子を表し，また図③の半分かけた白い球の印も酸素原子を示す。
　次の仮定A，B，Cが成り立つとして，(1)〜(5)について考えよ。
仮定A:原子はそれ以上分割できない最小単位である。
仮定B:原子はなくなったり，新しくできたりしない。
仮定C:同温，同圧のもとで，同体積の気体中には同数の粒子が存在する。

(1) 文中の空欄(a)〜(c)に適するものを，次の(ア)〜(オ)から選べ。
(ア) 気体反応 (イ) 質量作用 (ウ) 質量保存 (エ) 定比例 (オ) 倍数比例

(2) 図の②〜⑥と関係が最も深いものを(ア)〜(キ)から選べ。ただし，同じ記号を繰り返し用いてもよい。
　(ア) 仮定Aは満足するが，BとCは満足しない
　(イ) 仮定Bは満足するが，AとCは満足しない
　(ウ) 仮定Cは満足するが，AとBは満足しない
　(エ) 仮定AとBは満足するが，Cは満足しない
　(オ) 仮定AとCは満足するが，Bは満足しない
　(カ) 仮定BとCは満足するが，Aは満足しない
　(キ) 仮定A，B，Cを満足する

(3) 3つの仮定のうち，アボガドロの法則に最も近いのは次のどれか。
　(ア) 仮定A　(イ) 仮定B　(ウ) 仮定C

(4) 設問(3)で答えた仮定のどの語句をどのように書き換えると，アボガドロの法則になるか。それぞれを必ず漢字で記せ。

(5) 図の①〜⑥の中には，3つの仮定を満たしているものもあるが，なお不十分な点がある。それをより正確にするために，最も適したものを(ア)〜(オ)から選べ。
　(ア) ルシャトリエの原理について調べる
　(イ) 種々の気体どうしの化学反応について調べる
　(ウ) ボイルの法則について調べる
　(エ) シャルルの法則について調べる
　(オ) ヘンリーの法則について調べる

２．酸素分圧の高い肺において，十分にヘモグロビンに酸素が結合した血液は，動脈血として末梢組織に運ばれる。酸素分圧が低い末梢組織では，ヘモグロビンは酸素を放出し，組織に酸素を供給する。ヘモグロビンに結合する酸素の量は，血液中のpHによって大きく影響を受け，その様子をグラフ化したのが図である。

　ヘモグロビン1gに結合する酸素の最大量は，標準状態の体積に換算して1.36mLである。血液中のヘモグロビン濃度はおよそ0.13〜0.15g/mLなので，肺を通過した血液100mLには，標準状態の体積に換算しておよそ18〜20mLの酸素が溶解している。
(1) 血液中にヘモグロビンが存在しなかった場合，肺を通過した血液100mLに溶解している酸素の量を標準状態の体積に換算した値[mL]として最も適切なものはどれか。ただし，ヘモグロビンが存在しない血液を水とみなし，37°C，酸素分圧が1.0✕10⁵Paにおける酸素の水1.0mLへの溶解度は，標準状態の体積に換算して0.026mLである。酸素は血液に十分溶け込んでいるものとして，溶解にはヘンリーの法則が成り立つものとする。

(2) 肺で酸素飽和度95%となった血液100mLがpH7.4の末梢組織へ供給できる酸素の最大量を標準状態の体積に換算した値[mL]として最も適切なものはどれか。ただし，血液のヘモグロビン濃度は0.140g/mLとする。

(3) 救急病棟に搬送されてきた男性に酸素吸入と点滴をしたところ状態が安定した。この男性の血液中のヘモグロビン量と末梢組織のpHを測定したところ，ヘモグロビン濃度は0.120g/mL，pHは7.2であった。このとき，血液100mLあたり，末梢組織に供給された酸素の量を標準状態の体積に換算した値[mL]として最も適切なものはどれか。ただし，酸素吸入時の肺におけるヘモグロビンの酸素飽和度は100%とする。

(4) 酸素吸入を受けている女性患者の血液中のヘモグロビン濃度と，末梢組織におけるヘモグロビンの酸素飽和度を測定した。その結果，この女性の血液中のヘモグロビン濃度は0.150g/mL，末梢組織に供給された酸素の量は，血液100mLあたり標準状態の体積に換算して10.2mLであった。この女性の末梢組織における血液のpHについて最も適切なものはどれか。ただし，酸素吸入時の肺におけるヘモグロビンの酸素飽和度は100%とする。

３．次の文章を読み，空欄A，B，Cに入る適切な内容を，それぞれの語群の中から選べ。Li=6.94，O=16.0，Co=58.9，F=9.65✕10⁴C/mol
　リチウムイオン電池は，過塩素酸リチウムを有機溶媒に溶かした電解液，コバルト酸リチウム(LiCoO₂)からなる正極，および黒鉛からなる負極で構成されている。リチウムイオン電池を充電すると，正極から一部のLi⁺イオンだけが電解液中に移動し，正極の組成がLi₁₋ₓCoO₂に変化する（0

(B)

(C)

４．次の(1)〜(5)の記述(a)〜(d)には，誤りを含むものがそれぞれ一つまたは二つある。誤りの記述の記号すべてを含む番号を，解答群からそれぞれ一つ選べ。
(1)
(a) 周期表17族元素には，ヘリウム，ネオン，アルゴンなどが含まれ，すべて非金属元素である。
(b) 周期表16族の元素を酸素族元素といい，酸素・硫黄などがある。
(c) 周期表15族の元素を窒素族元素といい，窒素・リン・ヒ素などがある。これらの原子は価電子を5個もつ。
(d) 周期表2族元素はすべて金属元素で，そのうちCa，Sr，Ba，Raの4種類の元素はアルカリ土類金属とよばれる。

(2)
(a) 臭化水素，ヨウ化水素の水溶液は，それぞれ臭化水素酸，ヨウ化水素酸とよばれ，ともに強酸である。
(b) ハロゲンの単体には酸化力があり，その強さはF₂＜Cl₂＜Br₂＜I₂の順で，原子番号が大きいほど酸化力が強い。
(c) 塩化水素の水溶液は塩酸とよばれて強酸である。塩化水素は工業的には，水素と塩素を直接化合させてつくる。濃塩酸には発煙性がある。
(d) さらし粉は，塩素を水酸化カルシウムに吸収させてつくられ，その主成分はCaCl(ClO)・H₂Oである。

(3)
(a) 硝酸は，実験室では硝酸塩に濃硫酸を加えて，加熱して発生させる。
(b) アンモニアは，工業的には窒素と水素を1:3の体積比に混合して，約3.0✕10⁷Pa，500℃で化合させてつくる。この方法を，ハーバー法といい，鉄を主成分とする触媒が用いられる。
(c) 塩化ナトリウムの飽和水溶液に，アンモニアを十分吸収させてから二酸化炭素を吹き込むと，比較的溶解度の小さい炭酸水素ナトリウムが沈殿する。この沈殿を分 離して，約200℃で焼くと，炭酸ナトリウムが得られる。このような炭酸ナトリウムの工業的製法を，ソルベー法という。
(d) 冷却した二酸化硫黄は，空気中の酸素と反応して三酸化硫黄になり，これが水に吸収されて硫酸になる。このような硫酸の製法を，オストワルト法という。

(4)
(a) オキソ酸の酸性は，元素の陰性が強いほど，また分子中の酸素原子の数が多いほど強くなる。
(b) 硫黄には同素体が多く，斜方硫黄，単斜硫黄，ゴム状硫黄などがある。
(c) 黄リンと赤リンはPの同素体である。赤リンはろう状の固体で，分子P₄からなり，空気中では自然発火する。
(d) オゾンは酸素の同素体で，酸素に紫外線を当てると生成する。

(5)
(a) 一酸化窒素は無色の気体で，水によく溶ける。一方，二酸化窒素は赤褐色の気体で，水にほとんど溶けない。
(b) 貴ガスの単体は二原子分子からなり，無色・無臭の気体で，融点・沸点が低い。
(c) 鉄は濃硝酸に溶けない。これは金属表面にち密な酸化被膜を生じ，金属内部を保護するためで，この状態を不動態という。
(d) アルカリ土類金属は冷水でも反応するが，マグネシウムは熱水にしないと反応せず，それぞれ水素を発生して水酸化物になる。

５．ビニロンに関する次の文を読み，問い(1)〜(3)に答えよ。H=1.00，C=12.0，O=16.0
　アセチレンに( a )を触媒として水を付加すると( A )が生じる。( A )を触媒の存在下で空気酸化すると( B )が得られる。( B )をアセチレンに( b )させたのが( C )であり，さらに( C )を( c )させることによって高分子化合物のポリ( C )が得られる。次にポリ( C )を，水酸化ナトリウムなどの塩基の存在下で反応させると，( D )が生じる。
　この溶液を細孔から硫酸ナトリウム水溶液中に押し出すと繊維状に凝固するが，これは水に溶けるため実用的繊維とはならない。そこで，( E )の水溶液を作用させることによって，水に不溶の化学繊維であるビニロンを得ることができる。これの反応を( d )という。
　このようにして得られるビニロンには，( D )中のすべてのヒドロキシ基が( E )と反応して( e )性の構造に変えられたのではなく，未反応のヒドロキシ基もある。これは繊維に適度な( f )性を保たせる役目をしており，木綿によく似た性質を示す。
(1) 文中の空欄(a)〜(f)に該当する語句を，次の語群から選べ。
(ア) 白金　(イ) 塩化バナジウム　(ウ) 硫酸水銀(Ⅱ)　(エ) 置換　(オ) 付加　(カ) 縮合重合　(キ) 付加重合　(ク) 共重合　(ケ) 吸湿　(コ) 疎水　(サ) アセタール化

(2) 文中の空欄(A)〜(E)に適当な化合物名を記せ。

(3) (D)100gを(E)で部分的に(d)すると，その質量が5.44g増加した。このビニロンはものと(D)の-OHが何％(d)されたものか。

６．次の文章の下線部に適した語句ないし数字を記せ。H=1.00，C=12.0，O=16.0