藤田医科大学 医学部 化学（2025年度）全問題・超図解解説

STEP 1（ ア ）の特定：一定の体積に正確に調製する器具

固体試薬を少量の水に溶かしたあと、標線まで水を加えて「正確に $100\text{ mL}$ の溶液をつくる（定容する）」ためのガラス器具はメスフラスコです。

STEP 2（ イ ）の特定：滴下した体積を正確に測る器具

コニカルビーカー中の溶液に少しずつ滴下し、要した体積（$25.0\text{ mL}$）を小数第2位まで読み取るためのコック付きのガラス器具はビュレットです。（※過マンガン酸カリウムは光で分解しやすいため、実際には褐色ビュレットが用いられますが、器具名としては「ビュレット」で正解です。）

STEP 1過マンガン酸イオン（$\text{MnO}_4^-$）の半反応式（酸化剤）

硫酸酸性条件下では、赤紫色の $\text{MnO}_4^-$（$\text{Mn}$ の酸化数 $+7$）は、ほぼ無色のマンガン(II)イオン $\text{Mn}^{2+}$（$\text{Mn}$ の酸化数 $+2$）に変化します。
① 主役の変化：$\text{MnO}_4^- \rightarrow \text{Mn}^{2+}$
② $\text{O}$ 原子の数を $\text{H}_2\text{O}$ で合わせる（右辺に $+4\text{H}_2\text{O}$）：$\text{MnO}_4^- \rightarrow \text{Mn}^{2+} + 4\text{H}_2\text{O}$
③ $\text{H}$ 原子の数を $\text{H}^+$ で合わせる（左辺に $+8\text{H}^+$）：$\text{MnO}_4^- + 8\text{H}^+ \rightarrow \text{Mn}^{2+} + 4\text{H}_2\text{O}$
④ 電荷を電子 $\text{e}^-$ で合わせる（左辺の電荷は $-1+8=+7$、右辺は $+2$ なので、左辺に $+5\text{e}^-$）： $$\text{MnO}_4^- + 8\text{H}^+ + 5\text{e}^- \rightarrow \text{Mn}^{2+} + 4\text{H}_2\text{O}$$

STEP 2シュウ酸（$\text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4$）の半反応式（還元剤）

シュウ酸 $\text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4$（または $(\text{COOH})_2$、$\text{C}$ の酸化数 $+3$）は、二酸化炭素 $\text{CO}_2$（$\text{C}$ の酸化数 $+4$）に酸化されます。
① 主役の変化：$\text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4 \rightarrow 2\text{CO}_2$
② $\text{O}$ 原子の数はすでに両辺 $4$ 個で一致しています。
③ $\text{H}$ 原子の数を $\text{H}^+$ で合わせる（右辺に $+2\text{H}^+$）：$\text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4 \rightarrow 2\text{CO}_2 + 2\text{H}^+$
④ 電荷を電子 $\text{e}^-$ で合わせる（右辺に $+2\text{e}^-$）： $$\text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4 \rightarrow 2\text{CO}_2 + 2\text{H}^+ + 2\text{e}^-$$

STEP 1過マンガン酸カリウム（$\text{KMnO}_4$）の式量を求める

与えられた原子量 $\text{K} = 39.0,\ \text{Mn} = 55.0,\ \text{O} = 16.0$ より、 $$\text{KMnO}_4\text{ の式量} = 39.0 + 55.0 + 16.0 \times 4 = 39.0 + 55.0 + 64.0 = 158$$

STEP 2溶かした $\text{KMnO}_4$ の物質量 $[\text{mol}]$ を計算する

$0.442\text{ g}$ の $\text{KMnO}_4$ の物質量 $n_{\text{C}}$ は、 $$n_{\text{C}} = \frac{0.442\text{ g}}{158\text{ g/mol}}$$ 割り算を実行すると、$0.442 \div 158 = 0.00279746\dots \fallingdotseq 2.797 \times 10^{-3}\text{ mol}$ です。（分数 $\dfrac{0.221}{79}\text{ mol}$ のまま次の計算に進むと計算誤差が出ません！）

STEP 3体積 $100\text{ mL} = 0.100\text{ L}$ で割ってモル濃度を求める

$$C_{\text{C}} = \frac{2.7974\dots \times 10^{-3}\text{ mol}}{0.100\text{ L}} = 2.7974\dots \times 10^{-2}\text{ mol/L}$$ 有効数字3桁に四捨五入すると、$2.80 \times 10^{-2}\text{ mol/L}$ となります。

STEP 1コニカルビーカー内のシュウ酸（溶液A）の物質量を求める

シュウ酸水溶液 $\text{A}$ の濃度は $1.25 \times 10^{-2}\text{ mol/L}$、体積は $100\text{ mL} = 0.100\text{ L}$ なので、シュウ酸の物質量 $n_{\text{A}}$ は、 $$n_{\text{A}} = 1.25 \times 10^{-2}\text{ mol/L} \times 0.100\text{ L} = 1.25 \times 10^{-3}\text{ mol}$$

STEP 2酸化還元反応の電子 $\text{e}^-$ のやり取り（当量関係）を立てる

問2の半反応式より、
・酸化剤 $\text{KMnO}_4$ は $1\text{ mol}$ あたり $5\text{ mol}$ の $\text{e}^-$ を受け取る（5価の酸化剤）。
・還元剤 $\text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4$ は $1\text{ mol}$ あたり $2\text{ mol}$ の $\text{e}^-$ を放出する（2価の還元剤）。
滴定に使われた溶液 $\text{B } 25.0\text{ mL}$ 中の $\text{KMnO}_4$ の物質量を $n_{\text{B}}\ [\text{mol}]$ とすると、授受された電子の物質量が等しいので、 $$5 \times n_{\text{B}} = 2 \times n_{\text{A}}$$ $$5 \times n_{\text{B}} = 2 \times (1.25 \times 10^{-3}\text{ mol}) = 2.50 \times 10^{-3}\text{ mol}$$ $$n_{\text{B}} = \frac{2.50 \times 10^{-3}}{5} = 0.500 \times 10^{-3}\text{ mol} = 5.00 \times 10^{-4}\text{ mol}$$

STEP 1溶液 $\text{B}$ のモル濃度 $C_{\text{B}}$ を求める

問4より、滴下した溶液 $\text{B } 25.0\text{ mL}\ (= \dfrac{25.0}{1000}\text{ L})$ の中に $\text{KMnO}_4$ が $5.00 \times 10^{-4}\text{ mol}$ 含まれています。
したがって、溶液 $\text{B}$ のモル濃度 $C_{\text{B}}$ は、 $$C_{\text{B}} = \frac{5.00 \times 10^{-4}\text{ mol}}{\dfrac{25.0}{1000}\text{ L}} = 2.00 \times 10^{-2}\text{ mol/L}$$

STEP 2混合による希釈の式から $X : Y$ を求める

問題文より、「溶液 $\text{C}$（濃度 $C_{\text{C}} = 2.80 \times 10^{-2}\text{ mol/L}$）と希硫酸を体積比 $X : Y$ で混合して溶液 $\text{B}$（濃度 $C_{\text{B}} = 2.00 \times 10^{-2}\text{ mol/L}$）を得た（混合による体積変化は無視できる）」とあります。
溶液 $\text{C}$ を $X\ [\text{mL}]$、希硫酸を $Y\ [\text{mL}]$ 混ぜると、合計の体積は $(X + Y)\ [\text{mL}]$ となり、体積が $\dfrac{X + Y}{X}$ 倍になるため、濃度は $\dfrac{X}{X + Y}$ 倍に薄まります。よって、 $$C_{\text{B}} = C_{\text{C}} \times \frac{X}{X + Y}$$ 数値を代入します： $$2.00 \times 10^{-2} = 2.80 \times 10^{-2} \times \frac{X}{X + Y}$$ 両辺を $0.40 \times 10^{-2}$ で割ると、 $$5 = 7 \times \frac{X}{X + Y} \implies 5(X + Y) = 7X \implies 5Y = 2X$$ よって、$X : Y = 5 : 2$ となります。

STEP 1塩酸（$\text{HCl}$）がダメな理由を整理する

塩酸中に含まれる塩化物イオン $\text{Cl}^-$ は還元性をもっています。強い酸化剤である過マンガン酸イオン $\text{MnO}_4^-$ と共存すると、 $$2\text{MnO}_4^- + 10\text{Cl}^- + 16\text{H}^+ \rightarrow 2\text{Mn}^{2+} + 5\text{Cl}_2 + 8\text{H}_2\text{O}$$ のように、$\text{MnO}_4^-$ が $\text{Cl}^-$ を酸化して塩素 $\text{Cl}_2$ を発生させ、余分に $\text{MnO}_4^-$ が消費されてしまうため、正確な滴定ができません。

STEP 2書き出し「過マンガン酸イオンが」に続けて25字以内にまとめる

・（過マンガン酸イオンが）「塩化物イオンを酸化して消費されてしまうため。」（22字）
・（過マンガン酸イオンが）「塩化物イオンを酸化し塩素を生じて消費されるため。」（24字）
・（過マンガン酸イオンが）「塩酸中の塩化物イオンを酸化してしまうため。」（21字）
いずれも満点解答です！

STEP 1蒸気圧降下が起こるミクロな仕組みを確認する

純溶媒に不揮発性の溶質を溶かすと、溶液の表面積の一部が不揮発性の溶質粒子に占められます。その結果、溶液表面から単位時間あたりに蒸発する溶媒分子の数（または表面の溶媒分子の数）が純溶媒のときよりも減少し、気液平衡に達したときの蒸気圧が低くなります。

STEP 1溶液 $\text{A}$（尿素水溶液）の各粒子の物質量と水のモル分率 $x_{\text{A}}$

・水（分子量 $18.0$）の物質量：$n_{\text{水A}} = \dfrac{180\text{ g}}{18.0\text{ g/mol}} = 10.0\text{ mol}$
・尿素 $(\text{NH}_2)_2\text{CO}$（分子量 $60.0$、非電解質）の物質量：$n_{\text{尿素}} = \dfrac{6.00\text{ g}}{60.0\text{ g/mol}} = 0.100\text{ mol}$
よって、溶液 $\text{A}$ の水のモル分率 $x_{\text{A}}$ は、 $$x_{\text{A}} = \frac{n_{\text{水A}}}{n_{\text{水A}} + n_{\text{尿素}}} = \frac{10.0}{10.0 + 0.100} = \frac{10.0}{10.1} = \frac{100}{101} = 0.990099\dots \fallingdotseq 0.990$$

STEP 2溶液 $\text{B}$（$\text{MnCl}_2$ 水溶液）の各粒子の物質量と水のモル分率 $x_{\text{B}}$

・水（分子量 $18.0$）の物質量：$n_{\text{水B}} = \dfrac{360\text{ g}}{18.0\text{ g/mol}} = 20.0\text{ mol}$
・塩化マンガン(II)無水物 $\text{MnCl}_2$（式量 $126$）の物質量：$n_{\text{MnCl}_2} = \dfrac{16.8\text{ g}}{126\text{ g/mol}} = \dfrac{16.8}{126} = \dfrac{1}{7.5} = \dfrac{2}{15}\text{ mol}$
ここで、$\text{MnCl}_2$ は水溶液中で次のように完全に電離して $1\text{ mol}$ から $3\text{ mol}$ のイオンを生じます！ $$\text{MnCl}_2 \rightarrow \text{Mn}^{2+} + 2\text{Cl}^-$$ したがって、溶液 $\text{B}$ 中の全溶質粒子（イオン）の物質量 $n_{\text{溶質B}}$ は、 $$n_{\text{溶質B}} = \frac{2}{15}\text{ mol} \times 3 = \frac{6}{15}\text{ mol} = 0.400\text{ mol}$$ よって、溶液 $\text{B}$ の水のモル分率 $x_{\text{B}}$ は、 $$x_{\text{B}} = \frac{n_{\text{水B}}}{n_{\text{水B}} + n_{\text{溶質B}}} = \frac{20.0}{20.0 + 0.400} = \frac{20.0}{20.4} = \frac{50}{51} = 0.98039\dots \fallingdotseq 0.980$$

STEP 1蒸気圧の大小から水の移動方向を判断する

ラウールの法則 $P = x P_0$ より、水のモル分率 $x$ が大きいほど蒸気圧 $P$ が高くなります。
問2より $x_{\text{A}} (0.990) > x_{\text{B}} (0.980)$ なので、調製直後の蒸気圧は $P_{\text{A}} > P_{\text{B}}$ です。
問題文にある通り、「水蒸気は蒸気圧の高い方（$\text{A}$）から低い方（$\text{B}$）の溶液側へ移動」します。すると、溶液 $\text{A}$ は水（溶媒）を失って濃縮されるため、調製直後と比べて濃度が高くなるのは溶液 $\text{A}$ です。

STEP 1平衡状態での条件を整理する

平衡に達したとき、両溶液の蒸気圧が等しくなります（$P_{\text{A}}' = P_{\text{B}}'$）。
ラウールの法則 $P = x P_0$ より、これは「両溶液の水のモル分率が等しくなる（$x_{\text{A}}' = x_{\text{B}}'$）」ことを意味します。
水のモル分率が等しいということは、「溶液 $\text{A}$ と溶液 $\text{B}$ の（水の物質量）：（溶質粒子の物質量）の比が等しい」ということです！

STEP 2溶質粒子の物質量比から、平衡時の水の物質量を求める

不揮発性の溶質粒子は移動しないので、平衡時もそのままです。
・溶液 $\text{A}$ の溶質粒子：$n_{\text{溶質A}} = 0.100\text{ mol}$
・溶液 $\text{B}$ の溶質粒子：$n_{\text{溶質B}} = 0.400\text{ mol}$
つまり、溶質粒子の物質量比は $\text{A} : \text{B} = 0.100 : 0.400 = 1 : 4$ です。
容器内の水の合計物質量は、$10.0\text{ mol} + 20.0\text{ mol} = 30.0\text{ mol}$ で一定（水蒸気の量は無視できる）なので、平衡時にはこの $30.0\text{ mol}$ の水が $1 : 4$ に振り分けられます！
・平衡時の溶液 $\text{A}$ の水：$30.0\text{ mol} \times \dfrac{1}{1 + 4} = 6.00\text{ mol}$
・平衡時の溶液 $\text{B}$ の水：$30.0\text{ mol} \times \dfrac{4}{1 + 4} = 24.0\text{ mol}$

STEP 3移動した水の物質量と質量を計算する

溶液 $\text{A}$ の水は、はじめの $10.0\text{ mol}$ から $6.00\text{ mol}$ になったので、溶液 $\text{A}$ から溶液 $\text{B}$ へ移動した水の物質量 $\Delta n_{\text{水}}$ は、 $$\Delta n_{\text{水}} = 10.0\text{ mol} - 6.00\text{ mol} = 4.00\text{ mol}$$ 水の分子量は $18.0$ なので、移動した水の質量 $w$ は、 $$w = 4.00\text{ mol} \times 18.0\text{ g/mol} = 72.0\text{ g}$$

STEP 1平衡時の水のモル分率 $x'$ を求める

問4より、平衡時の溶液 $\text{A}$ には水 $6.00\text{ mol}$ と溶質粒子 $0.100\text{ mol}$ が含まれています（溶液 $\text{B}$ もその4倍なのでモル分率はまったく同じです）。
したがって、平衡時の水のモル分率 $x'$ は、 $$x' = \frac{6.00}{6.00 + 0.100} = \frac{6.00}{6.10} = \frac{60}{61}$$

STEP 2ラウールの法則 $P' = x' P_0$ に代入する

この温度における純水の飽和蒸気圧 $P_0 = 3.00 \times 10^3\text{ Pa}$ を掛けると、 $$P' = \frac{60}{61} \times 3.00 \times 10^3\text{ Pa} = \frac{180}{61} \times 10^3\text{ Pa}$$ 割り算を実行すると、$180 \div 61 = 2.9508\dots$ となるため、有効数字3桁で四捨五入すると、 $$P' \fallingdotseq 2.95 \times 10^3\text{ Pa}$$

STEP 1$\text{CuCl}_2$ の電離式を書いて各イオンの濃度を求める

塩化銅(II) $\text{CuCl}_2$ は水溶液中で完全に電離します： $$\text{CuCl}_2 \rightarrow \text{Cu}^{2+} + 2\text{Cl}^-$$ $0.10\text{ mol/L}$ の $\text{CuCl}_2$ 水溶液では、
・陽イオン濃度：$[\text{Cu}^{2+}] = 0.10\text{ mol/L}$
・陰イオン濃度：$[\text{Cl}^-] = 0.10 \times 2 = 0.20\text{ mol/L}$
（水の電離による $\text{H}^+$ や $\text{OH}^-$ は $10^{-7}\text{ mol/L}$ 程度なので無視できます。）

STEP 2陽イオン濃度と陰イオン濃度の和（総イオン濃度）を求める

$$\text{総イオン濃度} = [\text{Cu}^{2+}] + [\text{Cl}^-] = 0.10 + 0.20 = 0.30\text{ mol/L}$$

STEP 1純水中の $[\text{H}^+]$ と $[\text{OH}^-]$ を求める

純水（$\text{H}_2\text{O}$）がわずかに電離すると、$\text{H}_2\text{O} \rightleftarrows \text{H}^+ + \text{OH}^-$ より $[\text{H}^+] = [\text{OH}^-]$ となります。
水のイオン積 $K_{\text{w}} = [\text{H}^+][\text{OH}^-] = 1.0 \times 10^{-14}\ (\text{mol/L})^2$ より、 $$[\text{H}^+] = [\text{OH}^-] = 1.0 \times 10^{-7}\text{ mol/L}$$

STEP 2総イオン濃度を求める

$$\text{総イオン濃度} = [\text{H}^+] + [\text{OH}^-] = 1.0 \times 10^{-7} + 1.0 \times 10^{-7} = 2.0 \times 10^{-7}\text{ mol/L}$$ （※実験 $\text{A}$ の $0.30\text{ mol/L}$ と比べると約150万分の1しかないため、実験 $\text{D}$ ではほとんど電流が流れないことがわかります！）

STEP 1陽極での反応の優先順位（3ステップ判定法）を確認する

陽極（酸化反応が起こる極）では、次の順番で反応が決まります：
① 極板が $\text{Pt}, \text{C}$（不活性電極）以外の金属（$\text{Cu}, \text{Ag}$ など）なら、極板自身が溶ける！
② 極板が $\text{Pt}, \text{C}$ で、水溶液中にハロゲン化物イオン（$\text{Cl}^-, \text{Br}^-, \text{I}^-$）があれば、ハロゲン単体が発生する！
③ それ以外（$\text{SO}_4^{2-}, \text{NO}_3^-$ など）なら、水（または $\text{OH}^-$）が酸化されて酸素 $\text{O}_2$ が発生する！

STEP 2実験 A, B, C の陽極反応を特定する

・実験 A（陽極：$\text{C}$、溶液：$\text{CuCl}_2$）：極板は $\text{C}$ で、溶液中に $\text{Cl}^-$ があるため、$2\text{Cl}^- \rightarrow \text{Cl}_2 + 2\text{e}^-$ が起こり、酸化生成物 (1) は $\text{Cl}_2$ です。
・実験 B（陽極：$\text{C}$、溶液：$\text{CuSO}_4$）：極板は $\text{C}$ で、ハロゲン化物イオンがないため、$2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{O}_2 + 4\text{H}^+ + 4\text{e}^-$ が起こり、酸化生成物 (2) は $\text{O}_2$ です。
・実験 C（陽極：$\text{Cu}$、溶液：$\text{CuSO}_4$）：陽極が $\text{Cu}$（活性電極）なので、極板の銅が溶け出す反応 $\text{Cu} \rightarrow \text{Cu}^{2+} + 2\text{e}^-$ が起こり、酸化生成物 (3) は $\text{Cu}^{2+}$ です。

STEP 1イオン化傾向の差による金属の置換反応（金属樹反応）

実験 $\text{A}$ の水溶液には $\text{Cu}^{2+}$ が存在します。鉄 $\text{Fe}$ は銅 $\text{Cu}$ よりもイオン化傾向が大きい（$\text{Fe} > \text{Cu}$）ため、電圧をかける前（浸した瞬間）に、$\text{Fe}$ が電子を放出して $\text{Fe}^{2+}$ として溶け出し、水溶液中の $\text{Cu}^{2+}$ が電子を受け取って単体の $\text{Cu}$ として析出します。 $$\text{Fe} + \text{Cu}^{2+} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + \text{Cu}$$

STEP 1実験 $\text{A}$（$0.10\text{ mol/L CuCl}_2$、陽極 $\text{C}$、陰極 $\text{Cu}$）の解析

・初期の総イオン濃度：問1で求めた通り $0.30\text{ mol/L}$ です（この時点で(キ)(ク)(ケ)に絞られます！）。
・電気分解による変化：
　陽極：$2\text{Cl}^- \rightarrow \text{Cl}_2\uparrow + 2\text{e}^-$（電子 $2\text{ mol}$ 流れたとき、溶液から $\text{Cl}^-$ が $2\text{ mol}$ 減る）
　陰極：$\text{Cu}^{2+} + 2\text{e}^- \rightarrow \text{Cu}$ （電子 $2\text{ mol}$ 流れたとき、溶液から $\text{Cu}^{2+}$ が $1\text{ mol}$ 減る）
　合計すると、電子 $2\text{ mol}$ が流れるごとに溶液中のイオンが $3\text{ mol}$ 減少します。よって初期値 $0.3$ から右肩下がりに減少する (ク) が正解です。

STEP 2実験 $\text{B}$（$0.10\text{ mol/L CuSO}_4$、陽極 $\text{C}$、陰極 $\text{Cu}$）の解析

・初期の総イオン濃度：$\text{CuSO}_4 \rightarrow \text{Cu}^{2+} + \text{SO}_4^{2-}$ より、$[\text{Cu}^{2+}] = 0.10\text{ mol/L}$、$[\text{SO}_4^{2-}] = 0.10\text{ mol/L}$ なので、初期の総イオン濃度は $0.10 + 0.10 =$ $0.20\text{ mol/L}$ です（(エ)(オ)(カ)に絞られます！）。
・電気分解による変化：
　陽極：$\text{H}_2\text{O} \rightarrow \frac{1}{2}\text{O}_2\uparrow + 2\text{H}^+ + 2\text{e}^-$（電子 $2\text{ mol}$ 流れたとき、溶液中に $\text{H}^+$ が $2\text{ mol}$ 増える！）
　陰極：$\text{Cu}^{2+} + 2\text{e}^- \rightarrow \text{Cu}$ （電子 $2\text{ mol}$ 流れたとき、溶液から $\text{Cu}^{2+}$ が $1\text{ mol}$ 減る！）
　差し引きすると、電子 $2\text{ mol}$ が流れるごとに、$2\text{価}$ の $\text{Cu}^{2+}$ が $1\text{ mol}$ 消える代わりに $1\text{価}$ の $\text{H}^+$ が $2\text{ mol}$ 生じるため、溶液中の総イオン数は $+1\text{ mol}$ 増加します！よって初期値 $0.2$ から右肩上がりに増加する (カ) が正解です。
（※スピードチェック欄の記載ミスを防ぐため確認：初期値 $0.2\text{ mol/L}$ から増加するのは (カ) です！）

STEP 3実験 $\text{C}$（$0.10\text{ mol/L CuSO}_4$、陽極 $\text{Cu}$、陰極 $\text{Cu}$）の解析

・初期の総イオン濃度：実験 $\text{B}$ と同じく $0.20\text{ mol/L}$ です。
・電気分解による変化：
　陽極：$\text{Cu} \rightarrow \text{Cu}^{2+} + 2\text{e}^-$（$\text{Cu}^{2+}$ が $1\text{ mol}$ 溶け出す）
　陰極：$\text{Cu}^{2+} + 2\text{e}^- \rightarrow \text{Cu}$ （$\text{Cu}^{2+}$ が $1\text{ mol}$ 析出する）
　陽極で溶け出た分だけ陰極で析出するため、溶液中の各イオン濃度はまったく変化しません。よって初期値 $0.2$ で一定の (エ) が正解です。

・（ ア ）：アミロースの直鎖部分をつくる結合は $\alpha\text{-1,4-}$グリコシド結合（または単に $\alpha\text{-1,4}$ 結合）です。
・（ イ ）：アミロペクチンの枝分かれ部分をつくる結合は $\alpha\text{-1,6-}$グリコシド結合（または単に $\alpha\text{-1,6}$ 結合）です。
・（ ウ ）：デンプンをアミラーゼで加水分解して得られる二糖類は マルトース（麦芽糖）です。
・（ エ ）：フェーリング液の還元によって生じる赤色沈殿は 酸化銅(I)（または $\text{Cu}_2\text{O}$）です。
・（ オ ）：2分子のグルコースからなり、還元性を示さない二糖類は トレハロースです。

STEP 1ヨウ素デンプン反応の発色の仕組みとグリコーゲンの構造

ヨウ素デンプン反応は、直鎖状の $\alpha\text{-1,4-}$結合がつくる「らせん構造」の内部にヨウ素分子が入り込む（包接される）ことで発色します。らせん構造が長いほど波長が長い光（濃青色）になり、らせん構造が短いほど赤紫色〜赤褐色になります。
グリコーゲンは分子量は非常に大きいものの、アミロペクチン以上に枝分かれが非常に多く、直鎖のらせん構造部分が短いため、赤褐色を呈します。

STEP 1生成物 $\text{C}$（枝分かれ箇所のグルコース単位）の結合状態を確認する

生成物 $\text{C}$ は「$\alpha\text{-1,4-}$結合と $\alpha\text{-1,6-}$結合の両方をもつグルコース単位（枝分かれの根元）」に由来します。
メチル化を行う時点では、このグルコース単位の 1位、4位、6位の3か所の $-\text{OH}$ 基はすべてグリコシド結合に使われてふさがっていたため、メチル化されずに残ります（空いていた2位と3位の $-\text{OH}$ 基だけが $-\text{OCH}_3$ にメチル化されます）。
その後、完全に加水分解すると、グリコシド結合していた1位、4位、6位はすべて元の $-\text{OH}$ 基に戻ります！

STEP 2枠 X, Y, Z に入る構造を選ぶ

・枠 X（5位の炭素の上側＝6位の基）：$\alpha\text{-1,6-}$結合が加水分解されて元のヒドロキシメチル基に戻っているため、⑤ $-\text{CH}_2\text{OH}$ です。
・枠 Y, Z（4位の炭素に結合している基）：$\alpha\text{-}$グルコースの4位の炭素（左端の炭素）には、上側に水素原子 $-\text{H}$、下側にヒドロキシ基 $-\text{OH}$ が結合しています。4位の $\alpha\text{-1,4-}$結合が加水分解されて元の $-\text{OH}$ に戻るので、上側の Y は ① $-\text{H}$、下側の Z は ② $-\text{OH}$ となります。

STEP 1アミロペクチン $71.28\text{ g}$ 中に含まれるグルコース構造単位の全物質量を求める

デンプン（アミロペクチン）のグルコース構造単位 $\text{C}_6\text{H}_{10}\text{O}_5$ の式量は、 $$12.0 \times 6 + 1.00 \times 10 + 16.0 \times 5 = 72.0 + 10.0 + 80.0 = 162$$ したがって、$71.28\text{ g}$ のアミロペクチンに含まれるグルコース構造単位の総物質量 $n_{\text{全}}$ は、 $$n_{\text{全}} = \frac{71.28\text{ g}}{162\text{ g/mol}} = 0.440\text{ mol}$$

STEP 222個の単位のうち、主生成物 $\text{A}$ になる割合を求める

問題文より、「グルコース構造単位 $22$ 個あたり $1$ 個の枝分かれ（＝生成物 $\text{C}$ が $1$ 個）をもち、副生成物 $\text{B}$（非還元末端）と $\text{C}$（枝分かれ箇所）がほぼ等モル得られた」とあります。
つまり、グルコース構造単位 $22$ 個につき、
・副生成物 $\text{C}$（枝分かれ）：$1$ 個
・副生成物 $\text{B}$（非還元末端）：$1$ 個
・主生成物 $\text{A}$（直鎖の中間部）：$22 - 1 - 1 = 20$ 個
の割合で生成します！（※平均分子量が $8.10 \times 10^6$ と非常に大きいため、分子の右端に1個だけある還元末端は無視でき、「BとCがほぼ等モル」という記述とも完全に一致します。）
よって、生成する主生成物 $\text{A}$ の物質量 $n_{\text{A}}$ は、 $$n_{\text{A}} = 0.440\text{ mol} \times \frac{20}{22} = 0.400\text{ mol}$$

STEP 3主生成物 $\text{A}$ の分子量を求めて質量を計算する

主生成物 $\text{A}$ は、グルコース（$\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$、分子量 $180$）の2位、3位、6位の合計3か所の $-\text{OH}$ 基が $-\text{OCH}_3$ 基に置き換わったもの（2,3,6-トリ-O-メチル-$\alpha\text{-}$グルコース）です。
$-\text{OH}$ 基 $1$ 個が $-\text{OCH}_3$ 基になるとき、$-\text{H}$（$1.00$）が $-\text{CH}_3$（$15.0$）に変わるため、$1$ か所あたり分子量が $+14.0$ 増加します。3か所メチル化されているので、主生成物 $\text{A}$ の分子量 $M_{\text{A}}$ は、 $$M_{\text{A}} = 180 + 14.0 \times 3 = 180 + 42.0 = 222$$ したがって、得られる主生成物 $\text{A}$ の質量 $w_{\text{A}}$ は、 $$w_{\text{A}} = 0.400\text{ mol} \times 222\text{ g/mol} = 88.8\text{ g}$$ （※グルコース分子量 $180 + 14 \times 3 = 222$ より、$0.400 \times 222 = 88.8\text{ g}$ です！）

・（ カ ）：アミノ酸同士をつなぐアミド結合は ペプチド結合と呼ばれます。
・（ キ ）：硫黄 $\text{S}$ を含む $\alpha\text{-}$アミノ酸にはシステインとメチオニンがありますが、そのうち必須アミノ酸であるのは メチオニンです！（※システインは非必須アミノ酸なのでひっかからないように注意！）
・（ ク ）：ベンゼン環を含む必須アミノ酸は フェニルアラニン（またはトリプトファン）です。（※チロシンは非必須アミノ酸です。）
・（ ケ ）：1分子内に正電荷と負電荷の両方をもつイオン $\text{B}$ を 双性イオンといいます。
・（ コ ）：アミノ酸全体の電荷の平均が $0$ になる $\text{pH}$ を 等電点といいます。

STEP 1構成部品となるアミノ酸の種類をリストアップする

問題文の「なお，アラニンは不斉炭素原子をもつ $\alpha\text{-}$アミノ酸であることを考慮すること」という一文が最大のヒントです！
・グリシン（$\text{Gly}$）：不斉炭素原子をもたないため $1$ 種類。
・アラニン（$\text{Ala}$）：不斉炭素原子を1個もつため、鏡像異性体である $\text{D-}$アラニン（$\text{D-Ala}$ $）と $\text{L-}$アラニン（$\text{L-Ala}$）の $2$ 種類が存在します。
つまり、反応容器の中には実質的に $\text{Gly}$，$\text{D-Ala}$，$\text{L-Ala}$ の合計 $3$ 種類のアミノ酸が入っていることになります。

STEP 2N末端とC末端への配置の仕方を計算する

鎖状のジペプチド（$\text{H}_2\text{N}-\text{CH}(\text{R}_1)-\text{CO}-\text{NH}-\text{CH}(\text{R}_2)-\text{COOH}$）には、左側のN末端側（アミノ基が残る側）と、右側のC末端側（カルボキシ基が残る側）の区別があります。
「アラニンとグリシンの混合物を用いて縮合反応を行った」場合、同じ種類のアミノ酸同士（$\text{Gly}-\text{Gly}$ や $\text{Ala}-\text{Ala}$）も縮合反応を起こします。
・N末端側に選べるアミノ酸：$\text{Gly}$，$\text{D-Ala}$，$\text{L-Ala}$ の $3$ 通り
・C末端側に選べるアミノ酸：$\text{Gly}$，$\text{D-Ala}$，$\text{L-Ala}$ の $3$ 通り
よって、生成しうるジペプチドの総数は、 $$3 \times 3 = 9\text{ 種類}$$ となります。
（※内訳：$\text{Gly}-\text{Gly}$ が $1$ 種類、$\text{Gly}-\text{Ala}$ が $2$ 種類、$\text{Ala}-\text{Gly}$ が $2$ 種類、$\text{Ala}-\text{Ala}$ が $2 \times 2 = 4$ 種類で、合計 $1 + 2 + 2 + 4 = 9$ 種類です。）

STEP 1電離定数 $K_1, K_2$ の式を立てる

グリシンの第一段階の電離（$\text{A} \rightleftarrows \text{B} + \text{H}^+$）および第二段階の電離（$\text{B} \rightleftarrows \text{C} + \text{H}^+$）の電離定数 $K_1, K_2$ は、それぞれ次のように表されます。 $$K_1 = \frac{[\text{B}][\text{H}^+]}{[\text{A}]}, \quad K_2 = \frac{[\text{C}][\text{H}^+]}{[\text{B}]}$$ この2つの式を辺々掛け合わせると、双性イオンの濃度 $[\text{B}]$ が消去できます。 $$K_1 K_2 = \frac{[\text{C}][\text{H}^+]^2}{[\text{A}]}$$

STEP 2等電点の条件 $[\text{A}] = [\text{C}]$ を代入して $\text{pH}$ を求める

等電点においては、1価の陽イオン $\text{A}$ のモル濃度と1価の陰イオン $\text{C}$ のモル濃度が等しくなります（$[\text{A}] = [\text{C}]$）。
これを上の式に代入すると、 $$[\text{H}^+]^2 = K_1 K_2 = (4.0 \times 10^{-3}) \times (2.5 \times 10^{-10}) = 10.0 \times 10^{-13} = 1.0 \times 10^{-12}\ (\text{mol/L})^2$$ $[\text{H}^+] > 0$ より、 $$[\text{H}^+] = \sqrt{1.0 \times 10^{-12}} = 1.0 \times 10^{-6}\text{ mol/L}$$ したがって、等電点の $\text{pH}$ は、 $$\text{pH} = -\log_{10}[\text{H}^+] = -\log_{10}(1.0 \times 10^{-6}) = 6.0$$

STEP 1$\text{pH} = 2.0$ における $[\text{H}^+]$ を用いて各イオンの濃度比を表す

$\text{pH} = 2.0$ より、水素イオン濃度は $[\text{H}^+] = 1.0 \times 10^{-2}\text{ mol/L}$ です。
双性イオンの濃度 $[\text{B}]$ を基準として、$[\text{A}]$ と $[\text{C}]$ を $[\text{B}]$ で表します。
・$K_1 = \dfrac{[\text{B}][\text{H}^+]}{[\text{A}]}$ より、 $$\frac{[\text{A}]}{[\text{B}]} = \frac{[\text{H}^+]}{K_1} = \frac{1.0 \times 10^{-2}}{4.0 \times 10^{-3}} = \frac{10}{4.0} = \frac{5}{2} = 2.5$$ ・$K_2 = \dfrac{[\text{C}][\text{H}^+]}{[\text{B}]}$ より、 $$\frac{[\text{C}]}{[\text{B}]} = \frac{K_2}{[\text{H}^+]} = \frac{2.5 \times 10^{-10}}{1.0 \times 10^{-2}} = 2.5 \times 10^{-8}$$

STEP 2最も簡単な整数比に直す

したがって、3つのイオンのモル濃度比は、 $$[\text{A}] : [\text{B}] : [\text{C}] = 2.5 : 1 : 2.5 \times 10^{-8}$$ となります。全体を $2 \times 10^8$ 倍（またはまず $0.4 \times 10^8$ 倍）して最も簡単な整数比に直しましょう。
全体を $\dfrac{10^8}{2.5} = 4 \times 10^7$ 倍すると、 $$\begin{aligned} [\text{A}] : [\text{B}] : [\text{C}] &= (2.5 \times 4 \times 10^7) : (1 \times 4 \times 10^7) : (2.5 \times 10^{-8} \times 4 \times 10^7) \\ &= 1.0 \times 10^8 : 4.0 \times 10^7 : 1 \end{aligned}$$ （整数表記では $100000000 : 40000000 : 1$）となります。