●元の問題
[ステップ問題1]1 次文の(ア)〜(オ)に最も適した語句・数を入れなさい。
水はわずかに(ア)してH+とOH-を生じる。一定温度の水では, [H2O], [H+], [OH-]の各モル濃度の値は変化しないで一定値を示す。この状態を(イ)という。反応式で書くと, H2O ⇔ H+ + OH- これは可逆反応を意味する。25℃では[H+]と[OH-]はほぼ(ウ)mol/l である。[H2O]は 1l (リットル)を103gとすると水の分子量が(エ)なので(オ)mol/lとなる。
答は
(ア)解離(イ)化学平衡(ウ)10-6(エ)16(オ)62.5
(ア)電離(イ)水のイオン積(ウ)10-7(エ)17(オ)58.8
(ア)電離(イ)化学平衡(ウ)10-7(エ)18(オ)55.6
[ステップ問題1]2 次文の(ア)〜(キ)に最も適した語句・数・式を入れなさい。
水の化学平衡は可逆の反応式 H2O ⇔ H+ + OH- で表すことができる。この平衡状態を左辺→右辺を正反応として(ア)定数Kで表すと次式になる。K = (イ) 変形して K[H2O] = (ウ) = Kw とすると, Kwは, [H2O]が[H+]と[OH-]に対して極めて大きいので(エ)としてよいから, 一定値を示す。このKwを水の(オ)という。Kwは25℃では[H+]と[OH-]がほぼ(カ)mol/l であるので(キ)mol2/l2となる。Kwは純水だけでなく酸や塩基などの水溶液でも25℃で(キ)mol2/l2を示す。
答は
(ア)電離(イ)[H+][OH-]/[H2O](ウ)[H+][OH-](エ)変化しない(オ)イオン積(カ)10-6(キ)10-12
(ア)平衡(イ)[H2O]/[H+][OH-](ウ)[H+][H2O](エ)変化する(オ)三重点(カ)10-7(キ)10-12
(ア)平衡(イ)[H2O]/[H+][OH-](ウ)[H+][H2O](エ)変化する(オ)三重点(カ)10-6(キ)10-14
(ア)電離(イ)[H+][OH-]/[H2O](ウ)[H+][OH-](エ)変化しない(オ)イオン積(カ)10-7(キ)10-14
[ステップ問題1]3次文の(ア)〜(キ)に最も適した語句・数を入れなさい。
強酸の塩酸では, HClが(ア)して次式になる。HCl → H+ + Cl- したがって, [H+]は[HCl]と(イ)モル濃度となる。一方, 強塩基の水酸化ナトリウム水溶液では, NaOHが(ウ)して次式になる。NaOH → Na+ + OH- したがって, [OH-]は[NaOH]と(エ)モル濃度となる。 25℃の水酸化ナトリウム水溶液中の[H+]のモル濃度は, [OH-]の値と 25℃でのKw = [H+][OH-] = (オ)の関係式を使って求められる。例として, 25℃, 0.01mol/l の塩酸と水酸化ナトリウム水溶液の[H+]を求めるとそれぞれ(カ)mol/lと(キ)mol/lとなる。
答は
(ア)不完全電離(イ)同じ(ウ)完全電離(エ)同じ(オ)10-12(カ)10-2(キ)10-10
(ア)完全電離(イ)異なる(ウ)不完全電離(エ)異なる(オ)10-14(カ)10-4(キ)10-10
(ア)完全電離(イ)同じ(ウ)完全電離(エ)同じ(オ)10-14(カ)10-2(キ)10-12
[ステップ問題2]1 次文の(ア)〜(エ)に最も適した語句・式を入れなさい。
溶解度の小さい気体において, 一定温度, 一定体積の溶媒に溶ける気体の質量または物質量は, その気体の圧力に(ア)する。これを(イ)の法則という。いま, 大気中のCO2が分圧PCO2で水に接していると, CO2は溶解して次式のような平衡状態になる。CO2 + H2O ⇔ (ウ) ここで(ウ)のモル濃度は(イ)の法則から大気中のCO2の分圧PCO2に(ア)関係にあると考えてよい。よって次式が成立する。[(ウ)] = k(エ) ただし, kは比例定数である。
答は
(ア)比例(イ)定比例(ウ)H2CO3(エ)PCO2
(ア)反比例(イ)ヘス(ウ)CO(OH)2(エ)(PCO2)-1
(ア)比例(イ)ヘンリー(ウ)H2CO3(エ)PCO2
[ステップ問題2]2 (1)の問いに有効数字三桁で答えなさい。また(2)の文の(ア)〜(エ)に最も適した語句・式を入れなさい。
(1) 20℃, 50 PaのCO2が長時間同じ温度の水10m3に接している。この水に溶けているCO2は何g になりますか。20℃の水1cm3当りのCO2の溶解度は, 0℃の体積に換算して8.616×10-6 cm3/Paとする。
(2) 水中のCO2の1部が水と反応してできる炭酸H2CO3は次のように2段階で電離する。
第1段階:H2CO3 ⇔ H++ (ア), 第2段階:(ア) ⇔ H++ (イ) ここで第2段階の(ア)の電離は第1段階のH2CO3に比べて(ウ)ので無視できる。第1段階の化学平衡を左辺→右辺を正反応として平衡定数(厳密には電離定数)Kaで表すと次のようになる。Ka = (エ)
答は
(1)8.26g(ア)HCO3-(イ)CO32-(ウ)大きい(エ)[H+][HCO3-]/[H2CO3]
(1)8.36g(ア)CO32-(イ)HCO3-(ウ)小さい(エ)[H2CO3]/[H+][HCO3-]
(1)8.46g(ア)HCO3-(イ)CO32-(ウ)小さい(エ)[H+][HCO3-]/[H2CO3]
(1)8.56g(ア)CO32-(イ)HCO3-(ウ)大きい(エ)[H2CO3]/[H+][HCO3-]
[ステップ問題2]3 次文の(ア)〜(ク)に最も適した語句・式を入れなさい。
CO2が溶けている水には, 多量のH2Oの中に CO2, H+, OH-, H2CO3, HCO3-と(ア)のCO32-が平衡状態で存在している。この水溶液の中の水素イオンのモル濃度[H+]を測定可能な量を含む式で表すには, 次の方法で行なわれる。
(1) イオンの正電荷と負電荷の電気量の和は(イ)から少ないイオンを無視すると: [H+] = (ウ) … @
(2) 水のイオン積が成立: Kw = [H+][OH-] = (エ) … A
(3) 炭酸のモル濃度[H2CO3]は, ヘンリーの法則によりCO2の分圧PCO2と比例定数kを使って:
[H2CO3] = (オ) … B
(4) H2CO3 ⇔ H++ HCO3-の電離定数Kaは左→右を正反応とすると:Ka = (カ) … C
@の(ウ)中の[OH-]をAから[H+]に変換し, 直接(キ)の[HCO3-]と[H2CO3]を消去するようにB, Cを使って変形すると次式が求まる。 [H+] = (ク)
答は
(ア)多量(イ)異なる(ウ)[HCO3-]+[CO32-](エ)10-12(オ)k(PCO2)2(カ)[H+][HCO3-]/[H2CO3]
(キ)測定可能(ク)(KakPCO2+Kw)1/2
(ア)少量(イ)等しい(ウ)[HCO3-]+[OH-](エ)10-14(オ)kPCO2(カ)[H+][HCO3-]/[H2CO3]
(キ)測定困難(ク)(KakPCO2+Kw)1/2
(ア)多量(イ)等しい(ウ)[OH-]+[CO32-](エ)10-14(オ)kPCO2(カ)[H2CO3]/[H+][HCO3-]
(キ)測定困難(ク)(KakPCO2-Kw)1/2
[ステップ問題2]4 次文の(ア)〜(キ)に最も適した語句・式を入れなさい。
硫黄と窒素の気体酸化物であるSO3とNO2は水と反応して酸の(ア)を生じる。化学反応式で書くと次のようになる。
SO3 + H2O → (イ) ・・・ @ 3NO2 + H2O → 2(ウ) + (エ) ・・・ A
@の(オ)は触媒などと共に二酸化硫黄の酸化で生じる。Aで生じる無色気体の(カ)は酸素に触れると直ちに褐色気体の(キ)になる。
答は
(ア)亜硫酸・亜硝酸(イ)H2SO3(ウ)HNO2(エ)NO(オ)酸化硫黄(カ)亜酸化窒素(キ)酸化窒素
(ア)硫酸・硝酸(イ)H2SO4(ウ)NO(エ)HNO3(オ)三酸化硫黄(カ)一酸化窒素(キ)二酸化窒素
(ア)硫酸・硝酸(イ)H2SO4(ウ)HNO3(エ)NO(オ)三酸化硫黄(カ)一酸化窒素(キ)二酸化窒素
[ステップ問題3]1 次文の(ア)〜(ク)に最も適した語句・記号を入れなさい。
水溶液中のH+は普通[H+]で表すとかなり小さい数値になるが(ア)pHでは簡便な値になる。このため, 水溶液中のH+は[H+]のかわりにpHで表す場合が多い。
pHと[H+]との間には次の関係がある。 pH = (イ)[H+] 25℃の水溶液の酸性の度合をpHで表すと, 酸性では[H+](ウ)[OH-]と水のイオン積KwからpH(エ)7, 中性では[H+](オ)[OH-]とKwからpH (カ)7, 塩基性(アルカリ性)では[H+](キ)[OH-]とKwからpH(ク)7となる。
答は
(ア)水素イオン対数(イ)log(ウ)=(エ)>(オ)<(カ)<(キ)=(ク)<
(ア)水素イオン指数(イ)-log(ウ)>(エ)<(オ)=(カ)=(キ)<(ク)>
(ア)水素イオン指数(イ)log(ウ)<(エ)=(オ)>(カ)<(キ)>(ク)=
[ステップ問題3]2 次文の(ア)〜(エ)に最も適した語句・数・式を入れなさい。計算のために必要があれば, 次の値を用いてよい。log3.04 = 0.483, log4.47
= 0.650, log4.38 = 0.641
大気が窒素, 酸素, 二酸化炭素だけから成り立っているとすると, その雨水では,
[H+]は次式で表されることがわかる。 [H+] = (KakPCO2)1/2
この[H+]をpHで表すと, pH = (ア)から pH = (イ)
上の式において, Ka, k, PCO2の値は(ウ)から決められる。いま, CO2の分圧PCO2を 30.4 (Pa), ヘンリーの法則に関連する比例定数kを 4.38×10-7 {mol/(l・Pa)}, H2CO3の第1段階の電離定数Kaを 4.47×10-7 (mol/l)とすると pH = (エ)となる。
答は
(ア)log[H+](イ)-(1/2)(logKa + logk + logPCO2)(ウ)測定(エ)5.6
(ア)log[H+](イ){-(logKa + logk + logPCO2)}1/2(ウ)推定(エ)3.3
(ア)-log[H+](イ){-(logKa + logk + logPCO2)}1/2(ウ)推定(エ)3.3
(ア)-log[H+](イ)-(1/2)(logKa + logk + logPCO2)(ウ)測定(エ)5.6
[ステップ問題4]1 次文の(ア)〜(ケ)に最も適した語句・式を入れなさい。
セメントは種々の酸化物を含む。石灰の単味セメントの化学組成はCaOで表わされ(ア)性酸化物に属する。セメントの中で大部分を占めるポルトランドセメントの化学組成は, 主成分として約86%のCaOとSiO2, その他10数%のAl2O3, Fe2O3, SO3, MgOなどで示される。
酸化物の反応において, CaO, Fe2O3, MgOは(イ)と反応する:(例) CaO + 2(ウ) → (エ) + H2O SO3は(ア)と反応する:(例) SO3 + 2(オ) →(カ) + H2O Al2O3は(ア)と(イ)の両方に反応する:(例) Al2O3 + 6(ウ) → 2(キ) + 3H2O Al2O3 + 2(オ) + 3H2O → 2(ク) (ク)の化合物は(ケ)と命名される。
答は
(ア)塩基(イ)酸(ウ)HCl(エ)CaCl2(オ)NaOH(カ)Na2SO4(キ)AlCl3(ク)Na[Al(OH)4]
(ケ)テトラヒドロキソアルミン酸ナトリウム
(ア)酸(イ)塩基(ウ)NaOH(エ)Na2CaO2(オ)HCl(カ)SO2Cl2(キ)Na6Al2O6(ク)[Al(OH)4]2Cl2
(ケ)塩化テトラヒドロキソアルミン酸
(ア)塩基(イ)酸(ウ)HCl(エ)CaCl2(オ)NaOH(カ)Na2SO4(キ)AlCl3(ク)Na[Al(OH)4]
(ケ)テトラヒドロキソアルミン酸ナトリウム
(ア)塩基(イ)酸(ウ)H2SO4(エ)CaSO4(オ)NaOH(カ)Na2SO4(キ)AlCl3(ク)Na[Al(OH)6]
(ケ)ヘキサヒドロキソアルミン酸ナトリウム
[ステップ問題4]2 次文の(ア)〜(オ)に最も適した語句を入れなさい。
ポルトランドセメントの酸化物を分類すると, (ア)と反応するSO3を(イ)性酸化物, (イ)と反応するCaO, Fe2O3, MgOを(ア)性酸化物, (ア)と(イ)の両方に反応するAi2O3を(ウ)性酸化物とする。(エ)結合性のSiO2は(オ)とは反応するが, 普通(ア)や(イ)などとは反応しにくいので上述の分類に入れない。
答は
(ア)酸(イ)塩基(ウ)両(エ)共有(オ)塩酸
(ア)酸(イ)塩基(ウ)複(エ)イオン(オ)フッ酸
(ア)塩基(イ)酸(ウ)複(エ)イオン(オ)塩酸
(ア)塩基(イ)酸(ウ)両(エ)共有(オ)フッ酸
[ステップ問題4]3 次文の(ア)〜(キ)に最も適した語句・式を入れなさい。
塩は化学式の組成によって正塩(中性塩), 酸性塩および塩基性塩に分類される。塩が酸と塩基で生成されるとき,
正塩には元の酸のイオン性(ア)や塩基のイオン性(イ)が残っていない。酸性塩には元の酸の(ア), 塩基性塩には元の塩基の(イ)が残っている。例として, CaCO3は(ウ)塩, NaHSO4は(エ)塩, NaClは(オ)塩, CH3COONaは(カ)塩, Cu(OH)Clは(キ)塩である。
答は
(ア)H(イ)OH(ウ)塩基(エ)酸性(オ)塩基性(カ)正(キ)酸性
(ア)OH(イ)H(ウ)正(エ)正(オ)塩基性(カ)塩基性(キ)酸性
(ア)H(イ)OH(ウ)正(エ)酸性(オ)正(カ)正(キ)塩基性
(ア)H(イ)OH(ウ)塩基(エ)酸性(オ)正(カ)正(キ)塩基性
[ステップ問題4]4 次文の(ア)〜(エ)に最も適した化学式を入れなさい。
水溶液中の塩は次の場合に酸や塩基と反応する。
@生成物に沈殿物を生じる…(例) Na2SO4 + Ba(OH)2 → (ア) + 2NaOH
A生成物に気体を生じる…(例) CaCO3 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + (イ) + H2O
B生成物に弱酸や弱塩基を生じる…(例) CH3COONa + HCl → NaCl + (ウ)
(例) NH4Cl + NaOH → NaCl + (エ) + H2O
答は
(ア)Na2O(イ)H2(ウ)CH3OH(エ)NO
(ア)BaSO4(イ)CO2(ウ)CH3COOH(エ)NH3
(ア)BaO(イ)O2(ウ)CH3Cl(エ)NO2
(ア)BaSO4(イ)CO(ウ)CH3COCl(エ)NH2
[ステップ問題5]1 次文の(ア)〜(コ )に最も適した語句と式を入れなさい。
中和反応とは, 酸 + 塩基 → 塩 + (ア) である。例として, 酸を硝酸, 塩基を水酸化カルシウム(消石灰)とすると, 次のような反応式になる。2HNO3 + Ca(OH)2 → (イ) + 2(ウ)
この反応式をアレニウスの酸・塩基の立場から考えると, 水溶液中で,
硝酸は 2HNO3 → 2(エ) + (オ)
消石灰は Ca(OH)2 → (カ) + 2(キ)
結果として, 硝酸から出てくる(ク)と消石灰から出てくる(ケ)が反応して(ア)になる。
2H+ + 2OH-→ 2H2O
上式において, 硝酸から出てくる(ク)と消石灰から出てくる(ケ)は(コ)物質量molで反応していることがわかる。
答は
(ア)水素(イ)H2O(ウ)Ca(NO3)2(エ)NO3-(オ)H+(カ)OH-(キ)Ca2+(ク)水酸化物イオン(ケ)水素イオン
(コ)異なる
(ア)水(イ)Ca(NO3)2(ウ)H2O(エ)H+(オ)2NO3-(カ)Ca2+(キ)OH-(ク)水素イオン(ケ)水酸化物イオン
(コ)同じ
(ア)水素(イ)H2O(ウ)Ca(NO3)2(エ)NO3-(オ)H+(カ)Ca2+(キ)OH-(ク)水酸化物イオン(ケ)水素イオン
(コ)異なる
(ア)水(イ)Ca(NO3)2(ウ)H2O(エ)H+(オ)NO3-(カ)OH-(キ)Ca2+(ク)水素イオン(ケ)水酸化物イオン
(コ)同じ
[ステップ問題5]2 次文の(ア)〜(ケ)に最も適した語句と式を入れなさい。
pH 4.0 の硝酸(他の酸性物質無視)を含む酸性雨 1m3を中和するのに必要な消石灰の質量は, 次の手順で求めることができる。
(1) 硝酸の完全電離で出てくる(ア)の物質量を水溶液の水素イオン指数と体積から求める。
(2) 中和に必要な消石灰の未知質量から完全電離で出てくる(イ)の物質量を求める。
(3) (1)の(ア)の物質量と(2)の(イ)の物質量を(ウ)とおく。
(1)において, 酸性雨中の硝酸の完全電離で出てくる[H+]は, pH = -log[H+] = 4.0から
[H+] = (エ) mol/l
酸性雨の水溶液全体積1m3での水素イオンの物質量は,
(エ)×((オ) リットル) = (カ) mol ・・・@
(2)において, 中和に必要な消石灰の物質量は, 未知質量 x gとすると, Ca(OH)2の式量74.1から
(キ) mol
Ca(OH)2の完全電離で生じる水酸化物イオンの物質量は Ca(OH)2 → Ca2+ + (ク)OH- から
(キ)×(ク)mol ・・・A
(3)において, @ = Aから, 次式が成立する。よって
(キ)×(ク) = (カ)
x = (ケ) g
答は
(ア)水素イオン(イ)水酸化物イオン(ウ)等しい(エ)e-4.0(オ)1(カ)1.83×104(キ)x/57.1(ク)2
(ケ)5.2×105
(ア)水素イオン(イ)水酸化物イオン(ウ)等しい(エ)10-4.0(オ)106(カ)102(キ)x/74.1(ク)2
(ケ)3.7×103
(ア)水素イオン(イ)水酸化物イオン(ウ)等しい(エ)10-4.0(オ)103(カ)10-1(キ)x/74.1(ク)2
(ケ)3.7
(ア)水酸化物イオン(イ)水素イオン(ウ)等しい(エ)e-4.0(オ)1(カ)1.83×104(キ)x/57.1(ク)1
(ケ)1.0×106
[ステップ問題5]3 次文の(ア)〜(シ )に最も適した語句・数・記号を入れなさい。
pH 4.0 の硝酸を含む酸性雨 1m3を中和するのに必要な消石灰の質量を, 化学反応式を使って求めることができる。硝酸は(ア)価の酸, 消石灰は(イ)価の塩基である。硝酸と消石灰が過不足なく中和して(ウ)を生じるためには, 次の反応式が成り立つことになる。
(イ)HNO3 + (ア)Ca(OH)2 → (エ) + 2(オ) ・・・@
強酸の硝酸(電離度α= 1とする)は次のように電離する。
HNO3 → H+ + NO3- よって [HNO3] (カ) [H+]
ここで, pH 4.0 の硝酸を含む酸性雨から
[H+] = (キ)(カ) [HNO3]
酸性雨 1m3での水素イオンの物質量は
(キ)×(ク) = (ケ) mol ・・・A
@とAから酸性雨を中和するための消石灰の必要な物質量は
(ケ)×(コ) = (サ) mol よって
求める硝酸の質量は, 式量74.1から,
74.1×(サ) = (シ) g
答は
(ア)1(イ)2(ウ)水(エ)Ca(NO3)2(オ)H2O(カ)=(キ)10-4.0(ク)103(ケ)10-1(コ)(1/2)(サ)0.05
(シ)3.7
(ア)2(イ)1(ウ)水(エ)Ca(NO3)2(オ)H2O(カ)=(キ)10-4.0(ク)106(ケ)102(コ)(1/4)(サ)25
(シ)1.8×103
(ア)2(イ)1(ウ)水(エ)Ca(NO3)2(オ)H2O(カ)=(キ)10-4.0(ク)103(ケ)10-1(コ)(1/2)(サ)0.05
(シ)3.7
(ア)1(イ)2(ウ)水(エ)Ca(NO3)2(オ)H2O(カ)=(キ)10-4.0(ク)106(ケ)102(コ)(1/4)(サ)25
(シ)1.8×103