平成 31 年度入学者選抜試験問題（後期日程）
化学基礎・化学〔解答例〕
問題１〔解答例〕
問１ 前半（陽極）2H2O → O2 + 4H+ + 4e–前半（陰極）Cu2+ + 2e– → Cu
後半（陽極）2H2O → O2 + 4H+ + 4e–
後半（陰極）2H+ + 2e– → H2
問２ 電流が200mA であるため、析出に使用された電気量は0.2a[C]となる。
析出したCuの物質量は、4–32 電子反応であるため 0.2a/(9.6510 )/2=12710 /63.5 となる。
つまり、a = 12710–3 / 63.5  2  9.65104 / 0.2 = 1930 秒
問３ 3.6 時間後で流れる総電気量は 3.636000.2=2592[C]なので、物質量で表すと 2592/96500=2.68610–2 [mol]となる。この値を用いて陽極と陰極両方の気体生成量が計算できる。
(陽極)前半後半とも同じくO2 が生成するので、
総O2 生成量=2.68610–2/422.4=0.1504[L] ①(陰極)Cu 析出→H2 発生。CuSO4aq の初期濃度 C0[mol/L]より、総 Cu 生成量は 0.05C0[mol]、Cu 生成に必要な電子の量は 0.1C0[mol]。残りの電子の量が H2 生成に使用されるため次式が成り立つ。
H2 総生成量=(2.68610–2–0.1C0)/222.4=0.3008–1.12C0[L] ②
気体の総体積は 0.339L なので、①+②=0.4512–1.12C0=0.339 つまり初期濃度は 0.10mol/L
問題２〔解答例〕
問１ CH2=CH2 + H2 → CH3-CH3
問２ エチレン、エタンの生成熱を用いた熱化学方程式は、
2C(固) + 2H2(気) = CH2CH2(気) －52 kJ・・・(1)2C(固) + 3H2(気) = CH3CH3(気) + 84 kJ・・・(2)(2)－(1) より CH2CH2(気) + H2(気) = CH3CH3(気) + 136 kJ
容器Ａ中の水素は(10×105)/RT [mol]、容器Ｂ中のエチレンは(5×105)/RT [mol]だから、エチレンはすべて反応する。この時に発生する熱量は 136×(5×105)/(8.31×103×298) = 27.45 kJ 答：27kJ
問３ 操作①後、(5×105)/RT [mol]のエタンと、(5×105)/RT [mol]の水素が存在する。
エタンと水素の燃焼の反応式は 2CH3CH3 + 7O2→4CO2 + 6H2O、2H2 + O2→2H2O である。
完全燃焼させると、エタンは(7/2)×(5×105)/RT [mol]の O2 を消費し、(4/2)×(5×105)/RT [mol]のCO2 を放出する。また、水素は(1/2)×(5×105)/RT [mol]の O2 を消費する。
容器Ｃ中の酸素は(40×105)/RT [mol]存在していたので、残存する O2 の物質量は(40×105)/RT－(7/2)×(5×105)/RT－(1/2)×(5×105)/RT = (20×105)/RT [mol]となる。
容器全体は 55 L なので、容器内の圧力は(((20×105)/RT + (4/2)×(5×105)/RT )×RT)/55 =(30/55)×105 = 0.545×104
答：5.5×104Pa「この他にも、分圧を用いた解答など、理論的に正しく導出された解答は全て正答とする」
問４ 水、二酸化炭素の生成熱を用いた熱化学方程式は、
H2(気) + 1/2O2(気) = H2O(液) + 286 kJ ・・・(3)C(固) + O2 (気) = CO2 (気) + 394 kJ である。
・・・(4)(4)×２＋(3)×３－(2)より、エタンの燃焼における熱化学方程式はCH3CH3(気) +7/2 O2 (気) = 2CO2 (気) +3 H2O(液) + 1562 kJ となる。
エタンは(5×105)/RT [mol]反応するので、1562 [kJ/mol]×(5×105)/RT [mol]の発熱
水素は(5×105)/RT [mol] 反応するので、286[kJ/mol]×(5×105)/RT [mol]の発熱
これを併せて、(1848×5×105)/ (8.31×103×298) = 373.1kJ
答：373kJ「①で生じた熱量（27.45KJ）を加えた総合熱量である 401kJ も正答とする」

問題３〔解答例〕
問１ CH3 – CH(NH3+ ) – COOH

CH3 – CH(NH3 ) – COO– + H++CH3 – CH(NH3 ) – COO–+++++---①+CH3 – CH(NH2 ) – COO– + H ---②+++

H3N – (CH2)4 – CH(NH3 ) – COOH

H3N – (CH2)4 – CH(NH3 ) – COO– + H ---③

H3N – (CH2)4 – CH(NH3 ) – COO–H3N – (CH2)4 – CH(NH2) – COO– + H ---④

H3N – (CH2)4 – CH(NH2) – COO–

H2N – (CH2)4 – CH(NH2) – COO– + H ---⑤++++とする。
-アラニンの等電点を考える。[CH3 -CH(NH+3 )-COOH]と[CH3 -CH(NH2 )-COO ]が等しくなる
ときなので、-

𝐾1 × 𝐾2 =[CH3 -CH(NH+3 )-COO ][H+ ][CH3 -CH(NH+3 )-COOH]-×[CH3 -CH(NH2 )-COO ][H+ ]-[CH3 -CH(NH+3 )-COO ]+[H ]2 = 1.00 × 10−12.06
𝑝𝐻 = −𝑙𝑜𝑔10 10−6.03 = 6.03-

リシンの等電点を考える。電荷が０となる双性イオン(CH2 )4 NH3+ -CH(NH2 )-COO が関係する--

平衡④と⑤を考えれば良い。[(CH2 )4 NH3+ -CH(NH3+ )-COO ]と[(CH2 )4 NH2 -CH(NH2 )-COO ]が等しくなるときなので、-𝐾4 × 𝐾5 =+-[(CH2 )4 NH3+ -CH(NH2 )-COO ][H+ ] [(CH2 )4 NH2 -CH(NH2 )-COO ][H+ ]×[(CH2 )4 NH3+ -CH(NH3+ )-COO ][(CH2 )4 NH3+ -CH(NH2 )-COO ][H ]2 = 1.00 × 10−19.56
𝑝𝐻 = −𝑙𝑜𝑔10 10−9.78 = 9.78
問２ Ala-Lys の構造式は以下のようになる。
NH2 − CH(CH3 ) − CONH − CH((CH2 )4 (NH2 )) − COOH

より酸性の条件下からより塩基性の条件下への平衡状態を書き並べると、
NH3+ − CH(CH3 ) − CONH − CH((CH2 )4 (NH3+ )) − COOH⇋NH3+ − CH(CH3 ) − CONH − CH((CH2 )4 (NH3+ )) −COO− + H + ---⑥
NH3+ − CH(CH3 ) − CONH − CH((CH2 )4 (NH3+ )) − COO− ⇋NH2 − CH(CH3 ) − CONH − CH((CH2 )4 (NH3+ )) −COO− + H + ---⑦
NH2 − CH(CH3 ) − CONH − CH((CH2 )4 (NH3+ )) − COO− ⇋NH2 − CH(CH3 ) − CONH − CH((CH2 )4 (NH2 )) −COO− + H + ---⑧

こ れ ら の 平 衡 の 電 離 定 数 は そ れ ぞ れ 、 𝐾6 = 𝐾3 = 1.00 × 10−2.16 、𝐾7 = 𝐾2 = 1.00 ×
10−9.70 、𝐾8 = 𝐾5 = 1.00 × 10−10.5 となる。電荷が０になる双性イオンはNH2 − CH(CH3 ) −CONH − CH((CH2 )4 (NH3+ )) − COO− であるから、等電点は⑦と⑧において[NH3+ − CH(CH3 ) − CONH − CH((CH2 )4 (NH3+ )) − COO− ]= [NH2 − CH(CH3 ) − CONH − CH((CH2 )4 (NH2 )) − COO− ]となる。

𝐾7 × 𝐾8=

[NH2 − CH(CH3 ) − CONH − CH((CH2 )4 (NH3+ )) − COO− ][H + ][NH3+ − CH(CH3 ) − CONH − CH((CH2 )4 (NH3+ )) − COO− ]×[NH2 − CH(CH3 ) − CONH − CH((CH2 )4 (NH2 )) − COO− ][H + ][NH2 − CH(CH3 ) − CONH − CH((CH2 )4 (NH3+ )) − COO− ][H+ ]2 = 1.00 × 10−20.2
pH = −𝑙𝑜𝑔10 10−10.1 = 10.1
問３ Glu-Ala-Ala-Lys の構造式は以下のようになる。
NH2 − CH((CH2 )2 COOH) − CONH − CH(CH3 ) − CONH − CH(CH3 ) − CONH − CH((CH2 )4 (NH2 )) − COOH

以降、以下のように簡略化する。
NH2 − (XCOOH) − A − A − (YNH2 ) − COOH

このテトラペプチドの電離は pH がより低い状態から高い状態において、以下のようになる。
NH3+ − (XCOOH) − A − A − (YNH3+ ) − COOH⇋NH3+ − (XCOOH) − A − A − (YNH3+ ) − COO− + H + ---⑨
NH3+ − (XCOOH) − A − A − (YNH3+ ) − COO− ⇋NH3+ − (XCOO− ) − A − A − (YNH3+ ) − COO− + H + ---⑩
NH3+ − (XCOO− ) − A − A − (YNH3+ ) − COO− ⇋NH2 − (XCOO− ) − A − A − (YNH3+ ) − COO− + H + ---⑪
NH2 − (XCOO− ) − A − A − (YNH3+ ) − COO− ⇋NH2 − (XCOO− ) − A − A − (YNH2 ) − COO− + H + ---⑫

こ れ ら の 平 衡 の 電 離 定 数 は そ れ ぞ れ 、 𝐾9 = 𝐾3 = 1.00 × 10−2.16 、𝐾10 = 𝐾𝑅 = 1.00 ×10−4.07 、𝐾11 = 𝐾𝑁𝐻2 = 1.00 × 10−9.50 、𝐾12 = 𝐾5 = 1.00 × 10−10.50となる。
pH=10.0 において、[NH3+ − (XCOOH) − A − A − (YNH3+ ) − COO− ]𝐾9== 107.84[NH3+ − (XCOOH) − A − A − (YNH3+ ) − COOH] 10−10.0[NH3+ − (XCOO− ) − A − A − (YNH3+ ) − COO− ]𝐾10== 105.93[NH3+ − (XCOOH) − A − A − (YNH3+ ) − COO− ] 10−10.0[NH2 − (XCOO− ) − A − A − (YNH3+ ) − COO− ]𝐾11== 100.5 = 3.16
[NH3+ − (XCOO− ) − A − A − (YNH3+ ) − COO− ] 10−10.0[NH2 − (XCOO− ) − A − A − (YNH2 ) − COO− ]𝐾12
1== 10−0.5 =3.16[NH2 − (XCOO− ) − A − A − (YNH3+ ) − COO− ] 10−10.0[NH3+ − (XCOOH) − A − A − (YNH3+ ) − COOH] ∶ [NH3+ − (XCOOH) − A − A − (YNH3+ ) − COO− ]∶ [NH3+ − (XCOO− ) − A − A − (YNH3+ ) − COO− ]∶ [NH2 − (XCOO− ) − A − A − (YNH3+ ) − COO− ]∶ [NH2 − (XCOO− ) − A − A − (YNH2 ) − COO− ] = 10−13.77 : 10−5.93 : 1: 3.16: 1

前の二種は無視して良いので、[NH3+ − (XCOO− ) − A − A − (YNH3+ ) − COO− ] ∶ [NH2 − (XCOO− ) − A − A − (YNH3+ ) − COO− ]∶ [NH2 − (XCOO− ) − A − A − (YNH2 ) − COO− ] = 1: 3.16: 1