(無機化学 I· 4 枚中の 1 枚目)[無機化学 I（基礎）]（全 2 題）[問題 1] 以下の表および図は，様々な物質の融点を示したものである．これらを参考にして，問 A∼G に答えよ．
表 1. アルカリハライド (alkaline halides) の融点
化学式

LiF

NaF

KF

RbF

CsF

融点 (℃)

848

993

860

795

682

化学式

LiCl

NaCl

KCl

RbCl

CsCl

融点 (℃)

613

801

776

717645

化学式

LiBr

NaBr

KBr

RbBr

CsBr

融点 (℃)

552

755

734

693636

化学式

LiI

NaI

KI

RbI

CsI

融点 (℃)

459

660

681

647

621

4000

3500

W

融点 (°C)

Re3000Ta2500

NbOs
Mo

Hf2000ZrTi

TcV

Ru

IrRhCrFe1500

CoPtPdNiMn1000

図 1. 遷移金属の融点
問 A 表 1 に示したアルカリハライドの融点のデータを参考にして，Li 以外のアルカリ金属 (alkaline metal) のハロゲン化物 (halides) の融点にどのような傾向があるかを，その原因とともに 50 字 (or 20 words in English) 程度で説明せよ．
問 B 表 1 に示したアルカリハライドの融点のデータを参考にして，Li のハロゲン化物は，他のアルカリ金属のハロゲン化物よりも融点が低い傾向にある．この理由を考察し，50 字 (or 20 words in English) 程度で説明せよ．

(無機化学 I· 4 枚中の 2 枚目)

問 C アルカリ金属に関して，以下の中から正しいものをすべて選べ．ただし，Frは人工元素でその性質が良く分かっていないため，以下の議論では除外する．

1. すべてのアルカリ金属単体は，体心立方構造をとる．
2. ランタノイド (lanthanoid) 収縮により，Cs の金属結合半径は，Rb のものよりも小さい．

3. アルカリ金属では，周期が大きくなると，イオン化エネルギー (ionizationenergy) が小さくなるために，金属結合が有効に働き，融点が高くなる．
4. アルカリ金属は融点が低く，低融点として知られている Sn よりも，いずれも融点が低い．

5. Li はイオン化傾向 (ionization tendency) が高いため，アルカリ金属 (alkaline metal) の中で最も急激に水と反応する．
問 D 以下のそれぞれについて，二つの物質の内，融点が低いものを選び，その理由を 20 字 (or 10 words in English) 以内で簡潔に説明せよ．

(1) NaCl, MgO(2) MgBr2 , AlBr3(3) CaCl2 , HgCl2
問 E 図 1 に示した遷移金属単体の融点は，周期が大きい方が融点が高いが，その理由を 50 字 (or 20 words in English) 程度で説明せよ．
問 F 図 1 に示した遷移金属単体の融点は，各周期の真ん中付近で高い傾向があるが，その理由を 50 字 (or 20 words in English) 程度で説明せよ．
問 G 図 1 に示した第四周期と第五周期の遷移金属単体の融点は，各周期のある族で極小を持つ．この族の元素に関連して，以下の中から正しいものをすべて選べ．

1. Mn2+ は，d5 の電子配置を持ち，半閉殻になりやすい．
2. Mn 単体の常温常圧における結晶構造は面心立方構造である．
3. Mn 単体は，融点は低いが，沸点は比較的高く，Fe の沸点よりも高い．
4. Tc は全ての同位体が放射性であり，天然にはほとんど存在しない．
5. Re は融点が高く，力学的強度も高い．

(無機化学 I· 4 枚中の 3 枚目)[問題 2] 次の文章を読み，問 A∼F に答えよ．
標準反応ギブスエネルギー ∆r G◦ (standard reaction Gibbs energy) は生成物と反応物の標準モルギブスエネルギー (standard molar Gibbs energy) の差として定義される．系が平衡状態にあるとき ∆r G◦ は，∆r G◦ = −RT ln Kで与えられる．ここで，R (= 8.32 J mol−1 K−1 ) は気体定数，T は絶対温度である．
また K は熱力学平衡定数 (thermodynamic equilibrium constant) であり，平衡状態における反応物と生成物の活量 (activity) の比として定義される．K の温度変化は上記の式より導かれる van’t Hoff の式

d ln K∆r H ◦=−d(1/T )Rを用いて知ることができる．なお，∆r H ◦ は標準反応エンタルピー (standard reac-tion enthalpy) である．
酸化物 (oxide) から単体を抽出するため炭素などによる還元反応 (reduction reac-tion) が利用されることがある．このとき反応の ∆r G◦ が負であることが求められ
0ΔrG˚(kJ mol-1)

ZnO(i)
FeO（ii）(iii)–250
SiO2MgO
–500
0500

1000

1500
T (˚C)

図 1. Ellingham 図

2000

2500

(無機化学 I· 4 枚中の 4 枚目)

る．このような条件を満たす酸化物と還元剤の組み合わせは，図 1 のような Elling-ham 図から予測することができる．∆r H ◦ およびaEllingham 図中の線は直線になり，その勾配はに −1 を掛けた量に対応する．

a

また，その勾配が変化する点は金属または酸化物の問 A 上記の文章中のaおよびbは温度に依存しないため，bを表している．に当てはまる最も適切な語句を答えよ．

問 B 図 1 中の破線は C および CO の酸化反応の ∆r G◦ を表している．(i)∼(iii) の破線に対応する反応式を答えよ．
問 C 図 1 から炭素を用いずに単体 Si を得る方法が分かる．その方法に関する化学反応式を答えよ．またその反応が進む温度条件を答えよ．
問 D 図 1 に示した酸化物の中で炭素を使って還元する方法が実用的な金属は Mg，Fe，Zn に限られる．SiO2 を炭素によって還元しようとした場合に生じる問
題点を 30 字程度（or about 15 words in English）で説明せよ．また，この問題を解決するため過剰量の SiO2 が使用される．この方法に関する化学反応式を答えよ．
問 E ある金属 M の酸化反応，2M (s) + O2 (g)  2M O(s) について考える．金属とその酸化物が相互溶解せずそれぞれ標準状態にあり，酸素分圧 (atm) が pO2であるとする．この反応の平衡定数 K を答えよ．ただし，酸素は理想気体であるとする．
問 F 4Ag + O2  2Ag2 O の反応について，298 K において K = 9.04，∆r H ◦ =−62.1 kJ mol−1 であるとする．この反応の 500 K における平衡定数 K を答えよ．また，大気中で 500 K に加熱したとき Ag の酸化あるいは Ag2 O の還元の，どちらの反応が進行するか説明せよ．