化学基礎　総合問題（１）

正解　4

1　〇　顔を近づけて薬品のにおいを鼻で直接かぐと、有毒な気体を大量に吸ってしまう可能性があるので危険です。一度に大量の薬品を吸い込まないように、手であおいでにおいをかぎます。

2　〇　薬品が皮膚についた場合は、すぐに大量の水で薬品を洗い流します。

3　〇　濃塩酸は毒性のある揮発性（蒸発しやすい）の液体なので、換気のよい場所で扱います。

4　×　濃硫酸を水で希釈するときは、大きな熱量が発生します。濃硫酸に水を垂らすと、水が沸騰して飛び散り危険です。ビーカーの純水に少しずつ濃硫酸を加えて希釈します。

5　〇　突沸（いきなり沸騰すること）などで薬品が飛び出る可能性があるので、試験管の口の方向には人がいないようにします。

正解　2

1　〇　沸点以下の温度でも、液体は液面から蒸発してゆっくりと気体になっています。

2　×　ヨウ素 I₂ や二酸化炭素（ドライアイス） CO₂ は、気体から固体に、また固体から気体に状態変化します。気体から固体、固体から気体への状態変化は昇華と言います。

3　〇　一定温度でも、気体分子の速度にはばらつきがあります。空間を速く飛びまわる分子も、ゆっくり動く分子もあります。

温度が高くなると気体分子の動きは活発になるので、気体分子の平均の速度は速くなります。

4　〇　分子は、気体・液体・固体のどの状態でも熱運動をしています。固体の分子結晶では分子の位置が決まっているので、分子はその位置で振動しています。

正解　4

この操作では、2 つの洗気びんを通すことで、塩化水素 HCl と水 H₂O を取り除きます。1 つの洗気びんで 1 つの物質（塩化水素か水のどちらか）を除きます。

まず、塩化水素 HCl を除くために気体を水に通します。塩化水素は水に溶けます。そのあとで濃硫酸に通して水蒸気を除きます。濃硫酸は水分を吸収します。

先に濃硫酸に通すと、次の水のガラス容器で再び水蒸気が発生してしまいます。

塩化水素を水に溶かすと塩酸になります。塩酸は強酸なので、洗気びんのなかの水は酸性になり pH は小さくなります。

正解　3

1　×　窒素 28 g では、窒素原子の物質量は \(\frac{28[g]}{14[g/mol]}\) = 2.0[mol]となります。

酸素 28 g では、酸素原子の物質量は \(\frac{28[g]}{16[g/mol]}\) ≒ 1.8[mol]となります。

（窒素分子で考えると N₂ なので、物質量は \(\frac{28[g]}{28[g/mol]}\) = 1.0[mol]

　酸素分子で考えると O₂ なので、物質量は \(\frac{28[g]}{32[g/mol]}\) ≒ 0.88[mol]）

いずれにせよ物質量は等しくありません。

2　×　気体の水素分子は H₂ なので、分子量は 2.0 です。

水素 1.0 g の物質量は \(\frac{1.0[g]}{2.0[g/mol]}\) = 0.50[mol] となります。

気体の性質として、0 ℃、1.013 × 10⁵ Pa の条件下では、1 mol の気体の体積が 22.4 L です。

ここでは水素は 0.50 mol なので、体積は 11.2 L です。

3　〇　一酸化炭素と酸素が反応して二酸化炭素が生成する反応式は

2 CO　+　O₂　→　2 CO₂

つまり、2 mol の一酸化炭素と 1 mol の酸素が反応して、2 mol の二酸化炭素が生成しています。

はじめに 3 mol の混合気体があり、反応後に 2 mol の気体になったのですから、気体の総物質量は減少しています。

4　×　容器は密閉されていて、外部との物質の出入りはありません。内部で化学反応が起こったとしても、内部の物質（原子）そのものは増減しないので、容器全体の質量は一定です。

正解　2

窒素原子が 7 個電子を持っているので、 N₂ 分子には電子は 14 個あります。

H₂O 分子には 10 個 ( 1 × 2 + 8 ) の電子があります。

CO 分子には 14 個 ( 6 + 8 ) の電子があります。

OH^－ イオンには 10 個 ( 8 + 1 + 1 価の陰イオンなので 1 個の電子を受け取っています) の電子があります。

O₂ 分子には 16 個 ( 8 × 2 ) の電子があります。

Mg²⁺ イオンには 10 個 ( Mg は 12 個の電子を持つ原子ですが、これが 2 個の電子を失い 2 価の陽イオンになっています ) の電子があります。

正解　5

1　〇　少量の水が加熱され水蒸気となり、体積が増え袋が膨らみます。

2　〇　コップの外側に接する気体は冷やされます。水は高い温度では多くの水蒸気が気体の状態で存在しますが、低い温度では少量の水蒸気しか存在しません。このため、湿度の高い空気が冷やされ、水蒸気が水となってコップの外側につきます。

3　〇　水の融点、凝固点は 0 ℃です。（固体から液体になる温度、液体から固体になる温度は 0 ℃です。）純物質である水が融解するときは、氷が融け始めてから完全に液体になるまで 0 ℃を保ちます。

4　〇　水の沸点は 100 ℃です。（沸騰して液体から気体になる温度は 100 ℃です。）

5　×　水を凍らせると、その氷は水より体積が大きくなります。氷が水に浮くのは、氷の密度が水より小さいからです。

正解　6

実験で起きた現象は、次のように考えられます。

乾いたフラスコ内にアンモニアが充満しているところに、スポイトから水を少量入れました。

アンモニアは非常に水に溶けやすいので、スポイトから入れた水にアンモニア気体の一部が溶け、フラスコ内の圧力が下がってビーカーの水を吸い上げました。

1　〇　アンモニア NH₃ の分子量は 17 で、平均分子量が約 28.8 の空気より軽いです。また空気より軽いアンモニアは水に溶けやすいので、上方置換法で捕集します。

2　〇　ゴム栓の隙間から空気が入ると、フラスコ内の圧力が下がらず、水を吸い上げない可能性があります。

3　〇　アンモニアの量が少ないと、フラスコ内の圧力の下がり方が小さく、あまり水を吸い上げません。

4　〇　フラスコ内が水でぬれていると、はじめからアンモニアがフラスコ内の水滴に溶けて、アンモニアが減ってしまいます。

5　〇　フラスコ内に噴き上がった水にアンモニアが溶けると、水は塩基性になります。ブロモチモールブルー溶液は塩基性で青くなるので、水は青くなります。

6　×　メタンは水にほとんど溶けないので、スポイトで水を入れてもフラスコ内の圧力は変わらず、水を吸い上げません。

正解　1

1　〇　 シュウ酸二水和物 (COOH)₂・2 H₂O のモル質量は、(12 + 16 × 2 + 1.0) × 2 + (1.0 × 2 + 16) = 126[g/mol]

12.6 g のシュウ酸二水和物の物質量は

\(\frac{12.6[g]}{126[g/mol]}\) = 0.100[mol]

これを水に溶かして 1.00 L の水溶液にしているので、シュウ酸のモル濃度は 0.100 mol/L となります。

2　×　1.00 mol/L の塩酸の密度は 1.00 g/cm³ ではないので、塩酸 10.0 g をとってもその体積がわからず、含まれる HCl の物質量が計算できません。

これに水 990 g を加えても塩化水素 HCl の物質量は不明なので、塩酸のモル濃度もわかりません。

3　×　水を加えたあとの硫酸は 10 倍に希釈されているので、モル濃度が\(\frac{1}{10}\)となり 0.0100 mol/L となります。

硫酸は 2 価の強酸なので、水素イオン濃度は 0.02 mol/L に近くなります。

4　×　質量パーセント濃度を 10.0 % にするためには、100 g の水酸化ナトリウムを水に溶かして 1000 g の水溶液にしなければなりません。

そのため、900 g の水を加えます。

正解　2

1　〇　同じ元素でも同位体はそれぞれ中性子の数が異なるので、質量数も違います。

2　×　同位体は原子番号が同じ（つまり陽子の数が同じ）で、中性子の数が異なる原子同士のことをいいます。陽子の数が同じなので、電子の数も同じです。

3　〇　同位体は同じ元素のうち、中性子の数が異なる原子のことを指します。

4　〇　原子量は、その元素のすべての同位体を集めたときの平均の質量です。

例えば塩素原子 Cl は、質量数 35（相対質量 34.97） の存在比が約 76 %、質量数 37（相対質量 36.97）の存在比が約 24 %なので、

原子量　=　34.97 × 約0.76　+　36.97 × 約0.24　≒　35.45

となります。周期表で確かめても、Cl の原子量は35.452と書かれています。

5　〇　ある元素の同位体が不安定であるために、原子核が崩壊しながら放射線を放出するものを放射性同位体といいます。

質量数 3 の水素原子や、質量数 14 の炭素原子が放射性同位体です。

正解　a　4　　　　　b　1

上図は①から⑥の電子式です。

図の通り、

①　共有電子対 2 個と非共有電子対 2 個

②　共有電子対 1 個と非共有電子対 3 個

③　共有電子対 3 個と非共有電子対 1 個

④　共有電子対 4 個と非共有電子対 0 個

⑤　共有電子対 1 個と非共有電子対 3 個

⑥　共有電子対 1 個と非共有電子対 6 個

となります。

正解　4

1　〇

この酸素原子は原子番号 8（陽子の数 8 ）で、質量数が 16 です。

質量数 = 陽子の数 + 中性子の数

ですから、中性子の数は 8 です。

2　〇

この２つの炭素原子は、中性子の数が 1 異なる同位体です。

左の炭素原子は質量数 12 で原子番号 6 なので、陽子の数と電子の数は 6 個、中性子の数は 6 個です。

右の炭素原子は質量数 13 で原子番号 6 なので、陽子の数と電子の数は 6 個、中性子の数は 7 個です。

中性子の数だけが異なる原子同士は、同位体と呼ばれます。同位体の化学的性質はほとんど同じです。

3　〇　第 2 周期と第 3 周期の同族元素では、原子番号が 8 ずれています。原子番号に 8 だけ差があるので、陽子の数の差も 8 です。

4　×　それぞれの原子の質量は、相対質量として表されます。この相対質量は、質量数とほぼ一致します。

そのため、原子の質量は質量数にほぼ比例します。

一方、質量数 = 陽子の数 + 中性子の数

となるので、原子の質量は原子番号（陽子の数）に比例しません。

5　〇　記述のとおり、多くの元素は同位体をもちます。

正解　5

1　〇　オゾン O₃ と酸素 O₂ は酸素元素の同素体です。

2　〇　ナトリウムは金属です。金属の単体は金属結晶で、結晶内を自由に電子が動けるので電気を通します。

3　〇　硫黄元素の同素体には、斜方硫黄、単斜硫黄、ゴム状硫黄があります。

斜方硫黄と単斜硫黄は黄色の S₈ で表される環状分子、ゴム状硫黄は黄～黄褐色の鎖状分子です。

4　〇　水銀の単体は水銀の金属結晶です。水銀は常温常圧で液体の状態となる、ただひとつの金属です。

5　×　塩素の単体は、二原子分子の塩素 Cl₂ です。2 つの原子が共有結合しています。

正解　4

1　〇　同じ周期の元素では、原子番号が 1 大きくなると、最外殻電子数は 1 増えます。

2　〇　He は最外殻の電子数が 2 個、Ne と Ar は最外殻の電子数が 8 個で、価電子は 0 個となります。

3　〇　第 2 周期と第 3 周期の同族の元素では原子番号が 8 ずれているので、陽子数の差は 8 個です。

4　×　イオン化エネルギーは、電子 1 個を取り去るために必要なエネルギーです。イオン化エネルギーは、周期表の左下の元素が小さい傾向です。

原子核（陽子）から遠い位置にある電子の方が、近い位置にある電子より離れやすいので、同族元素では原子番号が大きいとイオン化エネルギーは小さくなります。

正解　ア　1　　　　　イ　5

6 種類の純物質のうち、水に溶けてろ液に含まれるのは 2 種類です。

塩化カリウム KCl 、炭酸水素ナトリウム NaHCO₃ が溶けます。

他の炭酸カルシウム CaCO₃ 、硫酸バリウム BaSO₄ 、鉄 Fe 、銅 Cu は水に溶けずに固体のままです。

実験Ⅰでは金属の炎色反応を調べています。

カリウムイオンは赤紫色、ナトリウムイオンは黄色です。炎の色が赤紫色なので、アは塩化カリウムと考えられます。

実験Ⅱについて、塩化カリウム以外の 5 種類の純物質との反応を考えます。

(a)　炭酸水素ナトリウム NaHCO₃ に塩酸を加えると、二酸化炭素が発生します。

NaHCO₃　+　HCl　　→　　NaCl　+　H₂O　+　CO₂

二酸化炭素は空気より重く、水に少し溶け、燃焼しません。

(b)　炭酸カルシウム CaCO₃ に塩酸を加えると、二酸化炭素が発生します。

CaCO₃　+　2 HCl　　→　　CaCl₂　+　H₂O　+　CO₂

(c)　硫酸バリウム BaSO₄ に塩酸を加えても反応しません。

(d)　鉄 Fe に塩酸を加えると、水素が発生します。

Fe　+　2 HCl　→　FeCl₂　+　H₂

水素は無色無臭で空気より軽く、水にほとんど溶けず、爆発的に燃焼します。したがってイは鉄です。

(e)　銅 Cu に塩酸を加えても反応しません。硝酸など酸化力のある酸に溶けます。