準備問題

国際化学オリンピック
中国 天津

序
2022 年に中国の天津で開催される予定の、第 54 回国際化学オリンピックの準備問題を提供させていただくことを喜ばしく思います。大会規定に示されている通り、準備問題をすべての参加国に配布する目的は、試験問題の種類や難易度、安全面などについて生徒が理解するのを手助けすることです。(IChO 規約§10 参照）加えて、問題の内容は、歴史や異文化など幅広い範囲の魅力的な話題を扱うことが意図されており、教育的で面白い問題となるよう慎重に選ばれています。生徒とメンターの皆さんには、これらの問題を解くことを楽しみながら、大会に向けて準備していただければと思います。この準備問題は、理論問題に 6 個、実験問題には 3 個の発展的学習分野を含みます。準備問題は、中等教育（高校）レベルで学ぶ化学の基本原理を適用して解くことができます。準備問題に含まれる発展的学習分野は、「発展的学習の内容（Topic of Advanced Difficulty）」として明示され、それらの応用が問題のなかで説明されています。発展的学習分野は本大会試験のよい指標となるので、参加者はこれらの発展的学習分野もよく学習しておくことが期待されます。
この冊子の問題には、理論問題が 28 問、実験問題が 9 問含まれています。解答は 2022 年
2 月までに各国のヘッドメンターにメールで送られ、2022 年 6 月までに IChO 2022 のホームページで公開される予定です。これらの問題に関するコメント、指摘、修正、問い合わせを歓迎します。preparatory@icho2022.cn からご連絡ください。
国際化学オリンピックは、世界中の若者が化学の素晴らしさについて理解を深め、互いに刺激し合う良い機会です。同時に、世界中に友人をつくり、開催国の歴史や文化を楽しむ素晴らしい機会です。
COVID-19 のパンデミックが始まってから 2 年が経過し、状況はまだ不透明ですが、2022年の夏に中国の天津で皆様にお会いできることを願っています。

54th IChO – Preparatory Problems

5謝辞
準備問題、本大会試験問題ともに、作成に多大なご尽力をいただいた問題作成者の皆様に深く感謝します。また、国際運営委員会のメンバーの皆様から貴重なご意見、ご指摘をいただいたことに感謝を申し上げます。
IChO2022 科学委員会

54th IChO – Preparatory Problems

6問題作成者
Gong CHEN
Liu-Ping CHEN
Fang-Yi CHENG
Peng CHENG
Lian-Yun DUAN
Jin-Long GONG
Dong-Sheng GUO
Jie HAN
Gang He
Zheng-Jie HE
Wan-Quan JIANG
Quan LAN
Ling-Ling LI
Shu LIWan LI
Yi-Jun LI
Yue LI
Guang-Xin LIANG
Ying-Jie LIN
Ding-Bin LIU
Yang LIU
Jian-Gong MA
Mei-Li PANG
Xiao-Hang QIU
Qi-Sheng SONG
Hong-Wei SUN
Ping-Ping TANG
Bai-Quan WANG
Yan-Guang WANG
Ying-Xia WANG
Hua-Ping XU
Guang-Ming YANG
Qi-Zhi YAOZheng-Gen ZHA
Ming-Tao ZHANG
Xin-Xing ZHANG
Zhen-Jie ZHANG
Qi-Lin ZHOU
Ping-Ping ZHUYa-Xian ZHU(Nankai University)(Sun Yat-Sen University)(Nankai University)(Nankai University)(Peking University)(Tianjin University)(Nankai University)(Nankai University)(Nankai University)(Nankai University)(University of Science and Technology of China)(University of Science and Technology of China)(University of Science and Technology of China)(Nankai University)(University of Science and Technology of China)(Nankai University)(Nankai University)(Shanghai Tech University)(Jilin University)(Nankai University)(Nankai University)(Nankai University)(Nankai University)(Nankai University)(Shandong University)(Nankai University)(Nankai University)(Nankai University)(Zhejiang University)(Peking University)(Tsinghua University)(Nankai University)(University of Science and Technology of China)(University of Science and Technology of China)(Nankai University)(Nankai University)(Nankai University)(Nankai University)(University of Science and Technology of China)(Xiamen University)

54th IChO – Preparatory Problems

7

編集 Dong-Sheng GUO (Nankai University)
Hong-Wei SUN (Nankai University)

科学委員会委員長
Qi-Lin ZHOU (Nankai University)

無機化学部門長Xiao-Hang QIU (Nankai University)

有機化学部門長Ping-Ping TANG (Nankai University)

物理化学部門長Hong-Wei SUN (Nankai University)

分析化学部門長Yi-Jun LI (Nankai University)

実験課題部門長Yi-Jun LI (Nankai University)

54th IChO – Preparatory Problems8発展的学習分野
理論問題
1.

固体の構造、単位格子2.

配位化学（錯体化学）: 結晶場理論

3. 平衡定数と標準反応ギブズ自由エネルギーの関係、熱力学的データと電気化学的データの関係
4. 立体化学（次の事項を含む: 分子の立体配座、対称性、軸不斉、面不斉、らせん不斉、立体特異的な反応、立体障害による反応選択性、隣接する官能基の効果、立体電子効果）
H NMR（核磁気共鳴）分光法: 化学シフト、積分値、カップリング、多重度

5.

1

6.

ペリ環状反応などの反応、イリドやカルベンなどの化学種

実験課題
1.

吸引ろ過

2.

ソックスレー抽出器の使用

3.

生成物の同定のための TLC（薄層クロマトグラフィ）の使用注意
以下の発展的内容・技術について生徒が準備しておく必要はない:

理論問題
錯体の磁気モーメント(μ)、巻き矢印を用いた反応機構、酸化的インドール-エノラートカッ
プリング、バージェス試薬、デス-マーチン ペルヨージナンを用いた酸化反応、ピニック酸化、メーヤワイン-ポンドルフ-ヴァーレイ還元、スワーン酸化

54th IChO – Preparatory Problems

9

実験課題
分光光度計の使用、ロータリーエバポレーターの使用、（シリンジや風船を用いた）禁水性の化合物の使用

54th IChO – Preparatory Problems

10物理定数・公式集
アボガドロ定数:

NA = 6.022 × 1023 mol−1

気体定数:

R = 8.314 J mol−1 K−1

標準圧力:p  = 1 bar = 105 Pa

標準大気圧:

Patm = 1 atm = 1.013 bar = 1.013 × 105 Pa

摂氏温度における 0 度:

273.15 K

ファラデー定数:F = 9.6485 × 104 C mol−1

プランク定数:

h = 6.626 × 10−34 J s

電子の質量:

me = 9.109 × 10−31 kg

光の速さ:

c = 2.998 × 108 m s−1

光子 1 個のエネルギー:

E = hc λ理想気体の状態方程式:

pV = nRT

熱力学第一法則:
エンタルピーH:ΔU = q + w
H = U + PV

エントロピーS:S = kB lnW

エンタルピー変化:∆S =qrev T

ギブズ自由エネルギー:

G= H − TS∆G  =– RT ln K ∆G  =– zFEcell∆G =∆G  + RT ln Q
[C]c [D]c[A]a [B]bΔ r H  (T2 )=Δ r H  (T1 )+Δ r C p (T2 − T1 )反応 a A + b B ⇌ c C + d D における反応商:

Q=

温度変化に対するエントロピーの変化:

Δ r S  (T2 )=Δ r S  (T1 )+Δ r C p ln (T2 T1 )ネルンストの式:=E E −クラウジウス-クラペイロンの式:

ln

ケルビンの式:

ln

標準電池電位の温度係数:

dEcellΔr S =dTzF

温度変化に対するエンタルピーの変化:

RT credlnzF coxp2 Δ vap H
1 1=( − )
p1
R
T2 T1

p 2σ M=p0 ρ RTr

ラングミュアの吸着等温式:

θ = aP/(1 +aP)

アレニウスの式:

ln=k ln A − Ea RT

積分形式での速度式:
54th IChO – Preparatory Problems

11ゼロ次:
一次:
二次:

A ] [ A ]0 − kt[==ln [ A ] ln [ A ]0 − kt
1=[A]1+ kt[ A ]0一次反応における半減期:

t1/2 = ln 2 k

二次反応における半減期:

t1/2 =

速度定数の温度依存性:

ln

ランベルト-ベールの式:

A = εlc

水素イオンの有効活量係数

αY(H) = 1 + [H+]β1H + [H+]2β2H + … + [H+]6β6H共存イオン効果係数:

αY(N) = 1 + [N]KNY

当量点における金属イオンの濃度

pM′sp = 1/2(lgK′MY – lg cM )1k [ A ]0E 1 1k2=− a( − )k1
R T2 T1sp

訳注) sp は当量点 (stoichiometric point) を表す

54th IChO – Preparatory Problems

12元素の周期表
11812HHe
1.008
213
14151617 4.003
345678910LiBe
B
CNO
F
Ne
6.941 9.012
10.81 12.01 14.01 16.00 19.00 20.18
1112131415
161718Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
22.99 24.31
3456789101112 26.98 28.09 30.97 32.06 35.45 39.95
1920
21
222324
25
26
27
28
29
30
31
32
33
343536
K
Ca
Sc
Ti
VCrMn
FeCo
NiCuZn
Ga
GeAs
Se
Br
Kr
39.10 40.08 44.96 47.87 50.94 52.00 54.94 55.85 58.93 58.69 63.55 65.38 69.72 72.63 74.92 78.97 79.90 83.80
3738
38
40
4142
43
4445
464748
49
50
51
52
53
54
Rb
Sr
Y
ZrNb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
85.47 87.62 88.91 91.22 92.91 95.95
101.1 120.9 106.4 107.9 112.4 114.8 118.7 121.8 127.6 126.9 131.3
55
56
7273
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
8586
Cs
Ba 57−71 Hf
TaW
ReOs
Ir
Pt
Au
Hg
TlPb
BiPo
At
Rn
132.9 137.3
178.5 180.9 183.8 186.2 190.2 192.2 195.1 197.0 200.6 204.4 207.2 209.0
87
88
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
Fr
Ra 89-103 Rf
Db
Sg
Bh
Hs
Mt
Ds
Rg
Cn
Nh
FlMc
Lv
Ts
Og
57
La
138.9
89
Ac-

58
Ce
140.1
90
Th
232.0

59
Pr
140.9
91
Pa
231.0

60
Nd
144.2
92
U
238.0

61
Pm
93
Np-

62
Sm
150.4
94
Pu-

63
Eu
152.0
95
Am-

64
Gd
157.3
96
Cm-

65
Tb
158.9
97
Bk-

66
Dy
162.5
98
Cf-

67
Ho
164.9
99
Es
-

68
Er
167.3
100
Fm-

69
Tm
168.9
101
Md-

70
Yb
173.0
102
No-71Lu
175.0103
Lr-1H NMR

水素の化学シフト値（単位 ppm/TMS）
HAr-OH-COOH

R-OH
Ar-CH3H-CHO

11.0

10.0

Ar-H

9.0

8.0

7.0

RO-CH36.0

R3Si-CH3

RCO-CH35.0

4.0

R-CH33.0

2.0

1.00.0H-H カップリング定数（単位 Hz）
Hydrogen type|Jab| (Hz)

水素の種類
R2CHaHb
R2HaC—CR2Hb
RHaC=CRHb
R2C=CHaHb
Ha(CO)—CR2Hb
RHaC=CR—CR2Hb

4-20
2-12
cis: 7-12; trans:12-18
0.5-3
1-30.5-2.5

IR スペクトル表
Vibrational modeσ (cm −1)

振動モード
alcohol O—H (stretching)

強度3600-3200アルコール O—H (伸縮)
N—H (stretching)

54th IChO – Preparatory Problems

strong
強い3500-3350

strong
強い

N—H (伸縮)≡C—H (stretching)

Intensity

3300

strong14

強い≡C—H (伸縮)=C—H (stretching)3100-3000

弱い=C—H (伸縮)
C—H (stretching)2950-2840

2250

2260-2100

1850-1690

1680-1600

アルケン C=C (伸縮)aromatic C=C (stretching)

1600-1400

weak弱い

1480-1440

medium
中程度

CH2 (変角)
CH3 (bending)

weak
弱い

芳香族 C=C (伸縮)CH2 (bending)strong
強い

C=O (伸縮)
alkene C=C (stretching)variable
様々であるC≡C (伸縮)
C=O (stretching)strong
強いC≡N (伸縮)C≡C (stretching)

weak
弱い

C—H (伸縮)C≡N (stretching)weak

1465-1440;1390-1365

medium
中程度

CH3 (変角)
C—O—C (stretching)1250-1050 (several)strong

C—O—C (伸縮)1250-1050 (複数)強い

C—OH (stretching)

1200-1020

strong

C—OH (伸縮)54th IChO – Preparatory Problems

強い15可視光スペクトル

図１
Broad Band Absorption Filter Spectra: 広帯域光吸収フィルターのスペクトルTransmission (Percentage): 透過率（パーセント%）Wavelength (Nanometers): 波長（ナノメートル nm）
Blue Region: 青色領域
Green Region: 緑色領域
Red Region: 赤色領域

54th IChO – Preparatory Problems

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