東京女子医科大学
医学部 化学
2024年度 解答・解説

操作ごとに「何の差を使うか」を確かめます。

分留は沸点の差、再結晶は温度による溶解度の差、昇華法は固体が直接気体になる性質、抽出は2つの混ざらない溶媒への溶解度の差を使います。いずれも①〜④の説明は正しいです。

⑤のクロマトグラフィーは、ろ紙やシリカゲルに「吸着されやすさ」の差（と溶媒への溶けやすさ）で、成分ごとに移動の速さが違うことを使います。浸透圧の差ではありません。浸透圧は半透膜を通した溶媒の移動に関する量です。→ 誤りは⑤だけで、オ。

中性子が2個多い同位体は、質量数も2大きくなります。相対質量は質量数にほぼ等しいので、もう一方の相対質量は $78.9+2=80.9$ とします。原子量は存在比で平均します。

「80.9と79.9」の組合せは表の1列目（ア）です。原子量は「質量が大きい方に偏った平均」ではなく、ほぼ半々なので2つの相対質量の間（約80）に来ます。

①電気陰性度の差が大きい2原子間の共有結合は極性をもつ（正）。③極性の大きい分子は極性の大きい溶媒に溶けやすい（「似たものは似たものに溶ける」。正）。④極性分子は、分子量が同程度の無極性分子より融点・沸点が高い傾向がある（分子間力が強いので。正）。

②の二酸化炭素は、C=O結合は電気陰性度の差があるので極性をもちますが、分子は直線形で、2つの結合の極性が打ち消し合って分子全体としては無極性です。「C=O結合は極性をもたない」は誤り。

⑤の水素結合は、水素原子が電気陰性度の大きいF・O・Nに結合しているときにだけ生じます。水素より電気陰性度の小さい原子（Na、Cなど）と結合した水素は、水素結合をつくりません。→ 誤りは②と⑤で、ケ。

5つのイオンはどれもネオンと同じ電子10個です。電子の数が同じなら、原子核の正電荷（原子番号）が大きいほど電子を強く引きつけて、半径が小さくなります。原子番号は O(8)＜F(9)＜Na(11)＜Mg(12)＜Al(13)。したがって半径は逆の順で

→ ア。

①共有結合の結晶：どちらも（共通）。②電気を通す：黒鉛だけ（炭素の4個の価電子のうち1個が層の中を動ける）。③非常に硬い：ダイヤモンドだけ。④網目状の平面構造：黒鉛だけ（層状）。⑤水に溶けにくい：どちらも（共通）。

→ 共通は①と⑤で、ク。

希硝酸と銅からは一酸化窒素 NOが出ます（濃硝酸なら二酸化窒素 $\mathrm{NO_{2}}$）。一酸化窒素は水に溶けにくいので水上置換で集めます。空気中に出すとただちに酸化されて $\mathrm{NO_{2}}$（赤褐色）になり、空気と混ざってしまうので、空気を使う方法（上方置換・下方置換）は使えません。→ 一酸化窒素・水上置換でエ。

グラフから、1.013×10⁵ Pa・水1 Lあたりの溶解度（×10⁻² L、0℃・1.013×10⁵ Paの体積で表した値）を読みます。酸素は0℃で5.00、60℃で2.00。水素は0℃で2.00、60℃でおよそ1.6です。

① はじめに溶けていた量（水2.00 L）：酸素 $5.00\times10^{-2}\times2.00=0.100$ L、水素 $2.00\times10^{-2}\times2.00=0.0400$ L。

② 60℃・2.026×10⁵ Paで溶けられる量：圧力が2倍なので溶解度も2倍。酸素 $2.00\times10^{-2}\times2.00\times2=0.0800$ L、水素 $1.6\times10^{-2}\times2.00\times2=0.064$ L。

③ 差が発生した気体：水素は 0.064 ＞ 0.0400 なので、溶けられる量のほうが多く、気体は出ません（0）。酸素は $0.100-0.0800=0.0200$ L が出ます。物質量は

→ 水素0、酸素0.893でイ。

注意書きのとおり、伝導性は $\mathrm{H+}$ と $\mathrm{OH{-}}$ でほぼ決まります。$\mathrm{OH{-}}$ が中和で減ると伝導性が下がり、中和が終わったあと $\mathrm{H+}$ が増えると再び上がるので、最小になるのは中和点です。シュウ酸 $\mathrm{H_{2}C_{2}O_{4}}$ は2価の酸なので、

表で $a\times b=30.0$ になるのは、$a=0.30$ mol/L、$b=100$ mL（エ）だけです（ウは15.0、オは90.0）。

①反応の前後で、酸化数の増加分と減少分は等しい（電子のやりとりなので）ので、酸化数の合計は同じ（正）。②典型元素の酸化数の上限は最外殻電子の数（例：Clは+7、Sは+6）で、これを超えない（正）。⑤電池は酸化還元反応で電気を取り出す（正）。

③は誤り：とりうる最低の酸化数の原子（例：$\mathrm{H_{2}S}$ のS、−2）は、それ以上電子を受け取れないので還元されません。酸化されやすい側です。

④は誤り：ハロゲン単体は、酸化力の強い順に F₂＞Cl₂＞Br₂＞I₂。$\mathrm{F_{2}}$ は $\mathrm{Cl{-}}$ を酸化しますが、$\mathrm{Cl_{2}}$ は $\mathrm{F{-}}$ を酸化できません。「どの組合せでも電子の授受が起こる」とはいえません。→ 誤りは③と④で、コ。

① 分圧：75℃で水滴ができ始めたので、75℃（348 K）の水蒸気圧が飽和蒸気圧、グラフから約 $0.40\times10^{5}$ Pa。体積一定なので、水蒸気の分圧は絶対温度に比例します。110℃（383 K）では

② 凝縮量：水の全量は $n=\dfrac{PV}{RT}=\dfrac{4.0\times10^{4}\times8.30}{8.3\times10^{3}\times348}=0.115$ mol（2.07 g）。30℃で気体として残る分は、グラフの読み取り値（約 $0.04\sim0.05\times10^{5}$ Pa）から $\dfrac{P\times8.30}{8.3\times10^{3}\times303}$。$P=5\times10^{3}$ Paなら $0.0165$ mol（0.30 g）なので、凝縮した水は $2.07-0.30=1.77$ g。$P=4\times10^{3}$ Paなら1.83 g。

→ ①が $4.40\times10^{4}$ Pa、②が1.77 g（1.77〜1.83）に最も近いイ。選択肢は1.65・1.77・2.07の3つだけなので、1.77〜1.83 gの幅があっても、イを選べます。

ア：単体は空気や水と反応するので石油中に保存（正）。イ：単体は塩化ナトリウムの溶融塩電解でつくる（正）。ウ：水酸化ナトリウムは空気中の $\mathrm{CO_{2}}$ を吸って炭酸ナトリウムになる（正）。オ：炭酸ナトリウムはガラスの原料（正）。カ：炭酸水素ナトリウムはベーキングパウダー（正）。

エ：水酸化ナトリウムの固体は、空気中の水分を吸って溶ける潮解性を示します。風解性は、結晶水を失って粉になる性質（例：炭酸ナトリウム十水和物）で、水酸化ナトリウムの性質ではありません。→ 誤りはエ。

金に必要な熱量は、温度上昇と融解の2つを足します。

熱化学方程式の係数は物質量なので、4 mol（$4\times27.0=108$ g）のAlで3300 kJ。必要なAlは

→ エ。

→ $k_1$：$k_2$＝8：3でウ。

① 名称：硫酸アルミニウムカリウム十二水和物 $\mathrm{AlK(SO_{4})_{2}·12H_{2}O}$ はミョウバン（正八面体の結晶）。アルミナは酸化アルミニウム、重曹は炭酸水素ナトリウムです。

② 実験：aは誤り（水酸化アルミニウムは両性で、過剰の水酸化ナトリウム水溶液には溶ける。白色沈殿が生成し続けるのではない）。bは正しい（アンモニア水で白色の $\mathrm{Al(OH)_{3}}$ が沈殿し、過剰でも溶けない）。cは誤り（Al³⁺は硫化水素を通じても沈殿しない。硫化物の黒色沈殿は Cu²⁺ や Pb²⁺ など）。

→ ミョウバンとbでク。

暗所で臭素 $\mathrm{Br_{2}}$ と反応するのは、炭素間の二重結合・三重結合に付加する、エチレン $\mathrm{C_{2}H_{4}}$ とアセチレン $\mathrm{C_{2}H_{2}}$ です。エタン・シクロヘキサンのような飽和炭化水素は、光があると置換反応をしますが、暗所では反応しません。ベンゼンも、鉄粉などの触媒がなければ暗所では反応しません。→ ③と④でサ。

合成樹脂には、熱硬化性樹脂（1）と熱可塑性樹脂（2）があります。前者は網目状構造（3）で、加熱しても軟らかくならず、後者は鎖状構造（4）であることが多く、軟化点をもちます。

イオン交換樹脂は、樹脂の酸性または塩基性の基のイオンが、水溶液中の同符号（5）の別のイオンと入れ替わる樹脂です（陽イオン交換樹脂なら、樹脂の $\mathrm{H+}$ と水溶液の $\mathrm{Na+}$ などの陽イオンが入れ替わる）。

→ 熱硬化性・熱可塑性・網目状構造・鎖状構造・同符号でア。

フェノール樹脂は、フェノールとホルムアルデヒドの付加縮合で水がとれるので、ポリマーの質量はモノマーの合計より小さくなります（同じではない）。

ポリエチレン・ブタジエンゴムは付加重合、ナイロン6は ε-カプロラクタムの開環重合で、小さな分子はとれず、質量は保存されます。

ビニロンは、酢酸ビニルを重合し、けん化してポリビニルアルコールにしたあと、ホルムアルデヒドでアセタール化してつくります。重合そのものは付加重合ですが、そのあとの反応（けん化・アセタール化）で質量が変わるため、「モノマーの合計と同じではない」と判断して、①と②（カ）とするのが自然です。

①強度・耐熱性に優れ、防弾チョッキなどに使われるのはアラミド繊維（ケブラーなど）で、ナイロン66ではありません。②綿に似た吸湿性・③羊毛に似た保温性は、それぞれ別の繊維の説明です。

④ナイロン66は絹に似た触感で、ストッキングなどに使われます（正）。⑤ナイロン66は1935年に、アメリカ人のカロザースによって初めて発明されました（正）。→ ④と⑤でシ。

ナイロン66は、ヘキサメチレンジアミン $\mathrm{H_{2}N{-}(CH_{2})_{6}{-}NH_{2}}$（炭素6個）とアジピン酸 $\mathrm{HOOC{-}(CH_{2})_{4}{-}COOH}$（炭素6個、COOHを除くと4個）の縮合重合でできます。名前の「66」は、2つの原料の炭素数がどちらも6であることを表します。

繰り返し単位は $\mathrm{{-}NH{-}(CH_{2})_{6}{-}NH{-}CO{-}(CH_{2})_{4}{-}CO{-}}$。N側の鎖が(CH₂)₆で、C=Oにはさまれた鎖が(CH₂)₄になっている構造式が正しく、結合はアミド結合（エステルではない）です。→ オ。

繰り返し単位 $\mathrm{C_{12}H_{22}N_2O_2}$ の式量は $12\times12.0+22\times1.00+2\times14.0+2\times16.0=226$。

ジアミン1分子とジカルボン酸1分子が結びつくと、アミド結合が2個でき、水が2分子とれます。繰り返し単位1個ごとに水2分子なので、1 molのナイロン66あたり $2n=212$ mol。→ コ。

（エの106は、水を1分子（$n$）と数えた値です。）

凝固点降下度 $\Delta t$ は、溶質の種類によらず、溶液の質量モル濃度（溶媒1 kgあたりの溶質粒子の物質量）に比例します。

比例定数 $K_f$（水で $1.85\ \mathrm{K\cdot kg/mol}$）をモル凝固点降下といいます。凝固点より低い温度になっても固体ができず液体のままでいる点C・Iの状態は過冷却です。

点Cや点Iで過冷却が起こると、凝固が始まった点Jの温度は、本来の凝固点よりもやや低く出ます（過冷却が解消するときの熱で温度が上がるため）。そこで、J→Kの直線部分を、時間をさかのぼる向きに延長し、はじめの冷却曲線との交点を、凝固点と見なします。図ではこの延長線（点線）が冷却曲線と交わる点がGです。

（Hは、Jと同じ温度の点を、はじめの冷却曲線に移したもので、凝固点ではありません。）

①正：E—Fでは水が凝固して凝固熱を出し、外へ逃げる熱とつりあうので温度は一定です。

②誤：J—Kで温度が下がり続けるのは、凝固が進むと残った溶液の濃度が大きくなり、凝固点降下度が大きく（凝固点が低く）なるためです。説明には「凝固点降下度が小さくなった」とあるので誤りです。

③正：I—Jの温度上昇は、過冷却から固体ができ始めると、凝固熱が一気に放出されるためです。

→ ①正・②誤・③正でウ。

液体の水が気体になるには 41.0 kJ/mol を吸収、氷が気体になるには 47.0 kJ/mol を吸収します。「氷→気体」は「氷→液体→気体」と同じなので

氷になるとき、同じ6.0 kJを放出するので、熱化学方程式は

塩化カルシウムは $\mathrm{CaCl_2\to Ca^{2+}+2Cl^{-}}$ と電離して、1 molから3 molの粒子ができます。溶質粒子の質量モル濃度 $m$ は

水120 g＝0.120 kgに含まれる粒子は $0.0811\times0.120=9.73\times10^{-3}$ mol。これが $\mathrm{CaCl_2}$ の3倍なので、$\mathrm{CaCl_2}$ は $3.24\times10^{-3}$ mol。式量 $40.0+2\times35.5=111.0$ をかけて

手順1（加水分解）：1 molのAからB・C・Dが1 molずつ。エステルが2か所あり、水が2分子加わる。

手順2（B・E）：Bは臭素水で $\mathrm{C_6H_3Br_3O}$（Eの分子式）になる。フェノールの水素3個（ヒドロキシ基のオルト位2つとパラ位）が臭素に置換されると $\mathrm{C_6H_3Br_3O}$ になるので、B＝フェノール $\mathrm{C_6H_5OH}$（$\mathrm{C_6H_6O}$）、E＝2,4,6-トリブロモフェノール。濃硝酸と濃硫酸（混酸）で爆薬の原料になるFはピクリン酸（2,4,6-トリニトロフェノール）で、これもBがフェノールと分かる手がかり。

手順3（C）：Cは p-キシレンを酸化して得られ、エチレングリコールと縮合重合してPETになるので、C＝テレフタル酸 $\mathrm{C_8H_6O_4}$。

手順4（D）：D＝$\mathrm{C_{18}H_{22}O_6-C_6H_6O-C_8H_6O_4=C_4H_{10}O}$（ブタノール類）。Dをおだやかに酸化して得たHがフェーリング液を還元しないので、Hはアルデヒドでなくケトン、つまりDは第二級アルコール。$\mathrm{C_4H_{10}O}$ の第二級アルコールは2-ブタノール $\mathrm{CH_3CH(OH)CH_2CH_3}$ だけです。

手順5（A）：テレフタル酸の2つのカルボキシ基の一方がフェノールと、もう一方が2-ブタノールとエステルになっているのがA（フェニル2-ブチルテレフタラート）。

B＝フェノール。F＝ピクリン酸（2,4,6-トリニトロフェノール）。H＝2-ブタノン（エチルメチルケトン）。

テレフタル酸とエチレングリコールが、エステル結合で交互につながります。繰り返し単位1個ごとに、水が2分子とれます（$2n$ 個）。

原子数の保存は検算済みです（繰り返し単位 $\mathrm{C_{10}H_8O_4}$）。答案では、$\mathrm{C_6H_4}$ をベンゼン環（1位と4位）で書きます。

分子式 $\mathrm{C_4H_{10}O}$ は、不飽和度が0なので、環も二重結合もない構造です。

アルコール（4種）：1-ブタノール、2-ブタノール、2-メチル-1-プロパノール、2-メチル-2-プロパノール。

エーテル（3種）：ジエチルエーテル$\mathrm{CH_{3}CH_{2}{-}O{-}CH_{2}CH_{3}}$、メチルプロピルエーテル$\mathrm{CH_{3}{-}O{-}CH_{2}CH_{2}CH_{3}}$、イソプロピルメチルエーテル$\mathrm{CH_{3}{-}O{-}CH(CH_{3})_{2}}$。

合計7種からDを除いて6種です（pythonで炭素4個・酸素1個の木構造を全て列挙して、7種であることを確かめました）。