2020年度入学試験問題

化学401（前期日程）

表紙も問題用紙・解答用紙もすべて表面のみに印刷している。

（注意事項）
1 問題用紙・解答用紙は，係員の指示があるまで開かないこと 。

2 この表紙を除いて，問題用紙は 5枚（その 1 5), 解答用紙は 4枚（その 1 4)である 。用紙の折り方は右図のようになっているので注意すること。

3 計算が必要な場合は，表紙問題用紙解答用紙の裏面を利用すること。
4 解答は，解答用紙の指定された箇所に書くこと。指定された箇所以外に書いたものは採点しない。

5 解答開始後，各解答用紙の「受験番号」欄に受験番号をはっきりと記入すること。

6 配布した用紙はすべて回収する 。

ゞ， 化 学

表紙00000
0000000000

化学401

問題用紙（その 1)（注意）第 1問から第 4問の解答にあたっては，以下の注意事項に従うこと。

゜
II

1. 数値は特に指示のない限り有効数字 3桁として表すこと。

CH2CH2‑C ‑CH3比c-比~-0-?H2. 有機化合物の構造式は特に指示のない限り図 1に示す例にならって表すこと。
3. 原子量は次の値を用いること。 H :1.
00, C :12.
0, N :14.
0, 0 :16.
00HC=CH24. 気体定数は R =8.
3X 103Pa・L/(mol・K)=0.
082atm・L/(mol・K)とする。

図 1 構造式の例

第 1問 次の文章を読み，下の問い（問 1"'9) に答えよ。
人類は熱エネルギーや電気エネルギーを用い，身近にある物質を原料にしてさまざまな材料を作り出してきた。たとえば，化学産業に不可欠な水素は天然ガスの水蒸気改質により製造されている。この水素と空気中の窒素からハーバー・ボッシュ法（ハー(a)(b)(c)

バー法）によりアンモニアが合成される。合成されたアンモニアは，オストワルト法により且呈に変換される。また，アンモニ(d)アは，海水中の塩化ナトリウムからアンモニアソーダ法（ソルベー法）により炭酸水素ナトリウムを経て炭酸ナトリウムを製造(e)する際にも使用される。炭酸ナトリウムは，二酸化ケイ素を主原料としたソーダ石灰ガラスの製造に用いられる。海水中の塩化(f)ナトリウムからは，電気分解により水酸化ナトリウムを合成することもできる。
(gJ

問 1 下線部(a)において，その代表的な反応は，メタンと水蒸気から水素と一酸化炭素が生成する反応である。この反応の化学反応式を記せ。

問 2 下線部(a)の反応で生成する水素は，家庭用あるいは業務用の燃料電池の燃料としても使用される。燃料電池に関する以下の文章の［~ と ［~ に当てはまる適切なイオン反応式を切な語句を［ごここ]. [ご乞ご］， ［口［二］ に当てはまる適,IT]に当てはまる適切な数値をそれぞれ答えよ。ただし，ファラデ一定数を F =9.65X 1『 C/molとする。

右図で表される燃料電池では，リン酸水溶液を電解液，触媒作用をもつ多孔質金属膜を電極として用いている。 A 極側に水素を B極側に酸素をそれぞれ供給すると， A 極側では ［ここ二］ で表される反応が起こり，ここで生じた ［~ が外部回路を，同じく生じた ［二乞：］Jが電解液中を B極側へと移動する。 B極側ではそれぞれ移動してきた

亡 と ［戸コ などにより［~ で 表 さ れ る 反 応 が 起 こり に 三 ］ が生成物として外部に放出される。いま，
18.
0g生成したとすると，外部回路を流れた電気量はl←一酸素

水素一酸素 ［水素ォ ＝酸素＋オ

水素 一［ここ二 がI0こJc
であI

多孔質金属膜る。

問 3 下 線 部b)に関連して，窒素は標準状態 (0℃, 1.
0atm (1気圧， 1.
013X 105Pa)) において水 1.
0Lに 24mL溶ける。圧力が lOatmの 空 気 （ 窒 素 ： 酸 素 =4:1 (体積比）とし，他の成分の量は無視できるものとする）が 0℃の水 1.0Lと接している時平衡状態において水に溶けている窒素の質量〔g〕を有効数字 2桁で求めよ。
ヽ,.
,,
̲,.
,.
̲,.
,.
.
.
,
̲.
,
̲‑,,v.
.
v,.
.
o
ぷUり

（その 2に続く）

化学

401

問題用紙（その 2)（その 1より続く）

問 4 下線部(c)において，その熱化学方程式は次のように表される。

N2 (気）+ 3H2 (気）=2NHs (気）+ 92kJ

水素分子の H ‑ H結合の結合エネルギーを 436kJ/mol, 窒素分子の N 三 N 結合の結合エネルギーを 945kJ/molとした
時 ア ン モ ニ ア 分 子 中 の N ‑ H結合の結合エネルギー〔kJ/mol〕を求めよ。

問 5 下線部(c)に関連して，アンモニアは弱塩基で，水溶液中では次のような電離平衡が成立している。
NHs+H 心 ~NH4+ + OH―

濃度 0.
23mol/Lのアンモニア水の 25℃における pHを小数点以下第 1位まで求めよ。ただし， 25℃における NHsの電離定数を Kb=2.
3X 10―5mol/L 水のイオン積を Kw=1.
00X 10―14 (mol/U内 ⑫ 百 =1.
5,log
101.
5= 0.
18,log102.
3= 0.
36とする。

問 6 下線部(d)に関連して，製造した硝酸を水で薄めて希硝酸とし，その中に銅片を入れると無色の気体が生じた。このときに起こった反応の化学反応式を記せ。

問 7 下線部(e)に関連して，炭酸水素ナトリウムの水溶液は弱い塩基性を示す。この理由を炭酸水素ナトリウムが水に溶解するときに起きる反応のイオン反応式をもとに説明せよ。

問 8 下線部(f)に関連して，二酸化ケイ素は，高温において，右図に示すようなクリストバライト構造と呼ばれる結晶構造をとり，その単位格子は一辺が0.
717nmの立方体である。ケイ素原子のみに着目すると，ケイ素原子はダイヤモンド中の炭素原子と同じ配置をとっており， 1個のケイ素原子を中心に 4個のケイ素原子が正四面体の頂点の位置に存在する。そのケイ素原子ーケイ素原子間距離を二等分する位置に酸素原子が入り込んで両者を結合している。このクリストバライトにおけるケイ素原子と酸素原子の結合距離〔nm〕を求めよ。

酸素ケイ素

た だ し ， 厄 =1.
41, 屈 =1.
73とする。

問 9 下線部(g)については，通常，陽イオン交換膜で隔てられた陽極側に塩化ナトリウム水溶液を入れ，陰極側に純水を入れ，電気分解を行う。このとき陽極で発生する気体の化学式を記せ。

401

化学問題用紙（その 3)

第 2問 次の文章を読み， 下 の問い（問 1,.
.
̲,6) に答えよ。
二とは，鎖式飽和炭化水素の総称である 。直鎖状の ［：乞ご］ の同族体を比較すると，炭素数が多くなるほど分子間力が大きくなるため，沸点が高くなる。構造異性体とは，同じ分子式で表される化合物で，構造式が異なるために生じる異性体lのことである。直鎖状の ［~ は，その構造異性体よりも沸点が ［ここ二 い。

IUPAC (国際純正および応用化学連合）では，化合物の名称と化学式が対応するように化合物の命名法の規則を定めている。 C叫と C和で表される直鎖状の ~ ~'i, それぞれペンタンと ~三二］とよばれる。 CsH12の構造異性体は 3個C和の構造異性体は ~ 個存在する。

(a)

いま， Caいに水を作用させると ［三こ］ が発生した※ l。発生した [三二］ を水上捕集した。反応後の水溶液は橙赤色の(b(c)

炎色反応を示し，フェノールフタレイン溶液を赤色に呈色させた。 ［ここ二l を赤熱した Fe に触れさせると， ［~ が生じた。
一方，i
こPtを触媒として水素を作用させると ~ tJ)~ c=D ※ 2 を経て飽和炭化水素の IT] へと，［三コ

段階的に反応が進行した。

※ l に 三 コ は気体であり ， この反応で発生した気体は ［三ご］ のみである。

※ 2 化合物 ［コこ］ は果実の熟成を促進する無色の気体で，その炭素一炭素原子間の距離は 0.
134nmである。

問1

文章中の ［二こ二］ ～ ［口［二］ に入る適切な語句を答えよ。ただし［~［：三二］ ． [ ~[~.

仁 三 ］ には化合物名を記せ。

問2

文章中の ［~ に入る適切な数字を答えよ 。

問 3 下線部(a)について，これらの異性体のうち不斉炭素をもつ化合物すべての構造式をそれぞれの化合物名とともに記せ。

ただし，立体異性体を区別する必要はない。

問 4 下線部(b)の反応の化学反応式を記せ。

問 5 下線部(c)の実験では， 27℃, 9.
80X 10~Pa で 249mL の ［：三二］ が得られた。得られた ［こ三~ の質量は何 gか。
広で答えよ。ただし， 27℃における水の蒸気圧を 0.
40X 104Paとする。

問6 化合物［三こ］[~［コこ］［口［二］ について，炭素一炭素原子間の距離が短い順に記号で答えよ。