センター試験(1996年～2012年　本・追試験)を徹底的に分析しまとめたチャート
がほぼ完成しました。

このチャートのポイントは

①つなげてくらべてまとめて覚えられるように理論・無機・有機化学の垣根を取りはらった。

②他の参考書では見られない独自のテーマ・角度からまとめた。
例えば,今回公開する赤色等,色をテーマにまとめた。

③特に化学は,イオンや沈殿物等の色を問う問題が多く出題されるため,
視覚的に頭に残り,覚えやすいように多種のカラーを使用した。

④過去に出題された問題・ポイントの出題年を記載しているので,
どこが試験に狙われやすいかが一目瞭然。

また,補足として２次試験の内容も多少盛り込んでおります。

手前味噌で恐縮ですが,これだけセンター試験について分析し,
まとめられたものはないと自負しております。

今日は,その一部を公開したいと思います。

■赤色に関する問題　チャート

今日も『センター試験徹底分析チャート』
について。
光・紫外線に関するテーマでまとめてみました。

■濃硝酸
・濃硝酸(HNO3)は光を当てると,二酸化窒素(NO2)と酸素(O2)に分解するので, 褐色瓶に入れて暗所で保存する。(褐色瓶は,光の侵入を遮る。)
□出題年・2006年 本・2012年 本


■ハロゲン化銀の感光性
・ハロゲン化銀は感光性が強く,光と反応して単体の銀( Ag )を生成するので,褐色瓶に保存する。

・銀のハロゲン化物は,光によって分解し,銀を析出する。このような性質を感光性といい,この性質を利用して写真フイルムの感光剤として用いられている。
□出題年・2002年 追・2006年 本・2006年 追・2008年 追


■オゾンの生成
・オゾン(O3)は,酸素(O2)に紫外線を照射したり,O2の中で放電したりすると生成する。
□出題年・2002年 本・2006年 本


■フロン
・フロン(クロロフルオロカーボン)は,炭化水素の水素を塩素(Cl)やフッ素(F)で置換した化合物である。成層圏で,紫外線によって,フロンガスが分解して生じた塩素原子がオゾン層を破壊するといわれている。
□出題年・2006年 追


■ベンゼンの付加反応
・ベンゼンと塩素の混合物に光(or紫外線)を照射すると，ヘキサクロロシクロヘキサン(ベンゼンヘキサクロイト)が生成する。
□出題年・1996年 本・2006年 追・2008年 本・2012年 本


■メタンの置換反応
・メタンと塩素の混合物に光(or紫外線)を照射すると，テトラクロロメタン(四塩化炭素)が生成する。これは置換反応である。
・トリクロロメタン(クロロホルム)に光(or紫外線)を照射すると，テトラクロロメタン(四塩化炭素)が生成する。
□出題年・1996年 本・2009年 本・2010年 本


■水素との反応
・塩素(Cl2)と水素(H2)は,光をあてると,爆発的に反応する。
Cl2 + H2 → 2HCl

・フッ素(F2)と水素(H2)は,低温・暗所で爆発的に反応する。
F2 + H2 → 2HF
□今後出題可能性有


■光学異性体
・互いに鏡像の関係にある一対の光学異性体は,結合状態は等しいので,　融点・沸点などの性質は等しいが,偏光(平面偏光)に対する性質が異なる。光学異性体の溶液中を平面偏光が通過すると,振動面が右か左に回転する。この回転する向きは,光学異性体どうしで逆になる。
□出題年・2001年 本

★４種が異なる原子または原子団と結合している炭素原子を不斉炭素原子という。不斉炭素原子をもてば,必ず光学異性体をもつ。


■アルミニウム
・アルミニウムの粉末は，空気中で強熱すると，熱と光を放って燃える。
□出題年・2002年 本


■金属光沢
・金属に光沢がみられるのは,自由電子が入ってきた光(可視光)のほとんどを反射するから。　
今後出題可能性有



まとめたチャートは下記になります。

■光・紫外線に関する問題

今日も引き続き「センター試験徹底分析チャート」について。

放置(さび・潮解・風解・昇華・揮発性)に関するテーマでまとめてみました。


■さびる
・使い捨てカイロ内では,鉄粉が空気中の酸素によって徐々にさびている。 つまり,鉄粉は酸化され,この反応熱によって,カイロは温かくなる。
□出題年・2009年 本

・鉄を亜鉛(Zn)でめっきすると,さびにくくなる。鉄の表面を亜鉛でおおったものをトタンといい,トタンに傷がついても亜鉛は鉄よりもイオン化傾向が大きいため,亜鉛が陽イオンとなって溶けるので.鉄は腐食されにくくなる。
□出題年・2002年 本

・赤さびの主成分は,酸化数＋Ⅲの鉄の化合物である。
□出題年・2007年 追

・水酸化鉄(Ⅱ)は，酸化されて赤褐色の水酸化鉄(Ⅲ)になる。
□出題年・1999年 追

・銅を屋外で放置すると,大気中のH2OやCO2によって緑色のさびである緑青(ろくしょう)(CuCO3・Cu(OH)2)を生じる。
□出題年・2007年 追

・ステンレス鋼はさびにくい合金であり,鉄を主成分としてクロム(Cr)やニッケル(Ni)を含む。錆びにくい性質を利用し,台所の流し台などに用いられる。
□出題年・2007年 追

・アルミニウムを空気中に放置すると,表面にち密な酸化物の膜ができる。
□出題年・2010年 本
　


■潮解
・水酸化ナトリウム(NaOH),水酸化カリウム(KOH)は潮解性があるので,湿気を避けて保存する。

・粒状のNaOHは，水分を吸収して表面がぬれてくる。
★空気中に放置すると空気中の水分を吸って,その水の中に溶ける現象を潮解という。
□出題年・1997年 本・2002年 追・2006年 本・2007年 追・2008年 追・2012年 本
　　

■風解
・炭酸ナトリウムの十水和物結晶は，水和水の一部を失って白色粉末になる。
★水和物が結晶水を失って粉末になる現象を風解という。
□出題年・1999年 追・2008年 本



■昇華
・常温・常圧で昇華しやすい物質は,ヨウ素,ナフタレン,ドライアイスである。

・ドライアイスは,二酸化炭素(CO2)の固体である。
□出題年・1999年 追・2007年 追・2009年 追

・うがい薬に使われるヨウ素には,その気体を冷却すると,液体にならずに固体になる性質(昇華という)がある。
□出題年・2001年 本・2004年 本・2006年 本

・ナフタレンを主成分とする防虫剤は,虫がナフタレンの蒸気を嫌うことによる。ナフタレンは昇華(固体から直接気体に変化)によって,防虫剤は小さくなっていくが,液体にならないので衣類に染みて傷めることはない。
□出題年・2008年 本



■揮発・不揮発性
・濃硝酸,濃塩酸は,揮発性の酸で,濃硫酸は,不揮発性の酸である。
□出題年・2000年 本

・ベンゼン,アセトン,ジエチルエーテルは揮発性・引火性の液体であり,火気のない冷所に密閉保存する。
□出題年・2000年 本・2002年 本・2006年 本



■その他
・アルカリ金属であるナトリウム(Na),リチウム(Li)は,空気に触れると酸化し,常温で水と反応するので,石油中に保存する。
□出題年・1996年 本・2002年 本・2002年 追・2007年 本・2008年 追

・黄リン(P)は，空気中で自然発火して,十酸化四リン( P4O10 )を生じる。水とは反応しないので,水中に保存する。赤リンは,自然発火しない。
□出題年・1996年 本・1997年 本・2006年 本・2011年 本・2012年 本

・一酸化窒素(NO)は空気に触れると，赤褐色の二酸化窒素(NO2)になる。
□出題年・1997年 本・2010年 本

・純水を大気中に放置すると，二酸化炭素を吸収して弱い酸性を示す。
□出題年・1997年 本

・炭酸飲料を空気中に放置すると,しだいに発泡しなくなる。これは,飲料中に溶解している二酸化炭素の量が減少するためである。
□出題年・2009年 本



■放置(さび・潮解・風解・昇華・揮発性)に関する問題チャート

今日も『センター試験徹底分析チャート』について。
硝酸に関する問題について。

■製法
・硝酸は,火薬,医薬品,肥料,染料の重要な原料となる。

★オストワルト法
①アンモニアと空気との混合気体を800℃に加熱した白金網(触媒)に接触させて一酸化窒素を作る。　
　　4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O

②冷却後,一酸化窒素を空気中の酸素と反応させ,二酸化窒素を作る。
　　2NO + O2 → 2NO2

③二酸化窒素を温水に吸収させて硝酸を生成する。
　　3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO
□出題年・2008年 本・2012年 本



■取り扱い
・濃硝酸は光を当てると,二酸化窒素(NO2)と酸素(O2)に分解するので,褐色瓶に入れて暗所で保存する。(褐色瓶は,光の侵入を遮る。)

・皮膚につくと,皮膚の色が黄色に変色する。
□出題年・2006年 本・2012年 本



■性質・反応
・濃硝酸(硝酸),濃硫酸(硫酸)には還元作用はない。(硝酸は酸化剤となる)

・銅または銀に希硝酸を加えると,一酸化窒素(NO)が生成する。
「水素よりイオン化傾向の小さい金属」＋「酸化力をもつ酸」
　　3Cu +(希)8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO↑

・銅または銀に濃硝酸を加えると,二酸化窒素(NO2)が生成する。
「水素よりイオン化傾向の小さい金属」＋「酸化力をもつ酸」
　　Cu +(濃)4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2↑・2000年 本・2007年 追
□出題年・2008年 追・2010年 本・2011年 本

・鉄,アルミニウム,ニッケルを濃硝酸や熱濃硫酸に入れると,表面に緻密な酸化物の皮膜が生じ,それ以上は酸化されなくなる。この状態を不動態という。
※希硫酸,希硝酸には溶けることに注意！
□出題年・2003年 本・2011年 本

・濃硝酸,濃硫酸,濃塩酸は,いずれもガラスをおかさない。
□出題年・2000年 本

・濃硝酸,濃塩酸は,揮発性の酸で,濃硫酸は,不揮発性の酸である。
□出題年・2000年 本

・白金は王水(濃硝酸：濃塩酸 = 1：3)には溶ける。
□出題年・2005年 本・2011年 本



■ニトロ化
・ベンゼンに濃硝酸と濃硫酸の混合物を加えて温めると,置換反応(ニトロ化)が起こり,ニトロベンゼンが生成する。
□出題年・1996年 本・1997年 追・1999年 本・2003年 追・2005年 本・2008年 追

・フェノールに濃硝酸と濃硫酸の混合物を加えて加熱すると,ニトロ化され, ピクリン酸(2,4,6-トリニトロフェノール)が黄色沈殿する。
□出題年・2000年 追・2001年 追・2004年 追

・トルエンに濃硝酸と濃硫酸の混合物を加えて加熱すると,ニトロ化され, 2,4,6-トリニトロトルエン(TNT)が生成する。
□出題年・2004年 追・2005年 本・2006年 追


■硝酸に関する問題　早見チャート

今日も「センター試験徹底分析チャート」について。

覚えなければいけない有機化合物・脂肪族化合物編
についてまとめたので、覚えてくださいね。

実際に出題された入試問題文を聴くことによって、覚えられるように
入試問題文を一部編集し,録音したものをyoutubeにアップしました。

音声ファイルをiPhone等のmp3対応プレイヤーに入れて-,通学時間,就寝前等の空いた時間を利用し効率的に学習してください。



□テキストは下記参照下さい。


■ 2011年度　 法政大学
　アルミニウムは13族に属する典型元素で，原子は3個の価電子を持ち3価の陽イオンになりやすい。アルミニウムは，単体として産出することはないが，化合物として鉱物や土壌中に広く分布する。地殻中では，酸素,ケイ素に次いで，3番目に多く存在する元素である。
ボーキサイトを原料として精製により酸化アルミニウムAl2O3をつくり，氷(ひょう)晶(しょう)石(せき)とともに約1,000℃で融解(ゆうかい)し，炭素電極を用いたホール・エルー法で製造される。

　アルミニウムの単体は軽くて軟らかい金属であるが，アルミニウムと少量の銅などの合金はジュラルミンと呼ばれ，軽量で機械的にも強いため，航空機の機体などに利用されている。

　アルミニウムは，酸性および塩基性水溶液と反応して水素を発生する両性元素である。一方，濃硝酸や濃硫酸には溶けにくい。それは，表面に緻密な酸化(さんか)被膜(ひまく)ができるためで，このような状態を不動態(ふどうたい)という。酸化アルミニウムはアルミナと呼ばれ，工業的に重要な化合物である。宝石としても，赤色が特徴的なルビーや，青色のサファイアは，微量の不純物元素を含む酸化アルミニウムの結晶で，きわめて硬く，酸や塩基にほとんど溶けない。



■ 2011年度　 防衛医科大学校
　アルミニウムは地殻中3番目に多く存在する元素である。アルミニウム単体を工業的に得るには，はじめに原料の鉱石であるボーキサイトを精製して酸化アルミニウムを得る。次に1000℃に加熱し溶融(ようゆう)させた氷晶石Na3[AlF6]に酸化アルミニウムを溶解し，陽極と陰極の両電極に炭素を用いて融解塩電解するとアルミニウム単体が得られる。

ミョウバン結晶を実験室でつくるには，アルミニウムを水酸化カリウム水溶液に溶解させ，硫酸を酸性となるまで加えると沈殿が生じる。これを加熱し溶解した後に冷却すると結晶が得られる。一般に溶解度の差を利用して純粋な結晶を得る操作を再結晶という。


■ 2011年度　立教大学
　アルミニウムは，ボーキサイトを原料にして得られる。ボーキサイトを濃い水酸化ナトリウム水溶液で処理して得られる酸化アルミニウム(アルミナ)に氷晶石を加えて，約1000℃で融解し，両極に炭素を用いて融解塩電解することにより，陰極にアルミニウムが得られる。

　アルミニウムは，銀白色の軟らかい軽金属で，密度は鉄や銅の約3分の1である。アルミニウムに少量の銅，マグネシウム，マンガンを加えたジュラルミンと呼ばれる合金は，軽くて強度が大きいため飛行機の機体などに用いられている。


HP「恋する化学」にpdfファイルをアップしています。

今日も、入試問題文を聴いて覚える化学 1・２族編です。

youtubeにアップしております。



□テキストは下記参照ください。

入試問題文を聴いて覚える化学　１・２族元素編

■ 2011年度 京都工芸繊維大学
周期表の縦の列を族とよぶ。同じ族に属する元素群を同族元素といい，それらの性質はよく似ている。水素以外の1族元素は，アルカリ金属とよばれ，いずれも価電子を1個もち，1価の陽イオンになりやすい。アルカリ金属は，大気中の水蒸気や酸素と反応しやすいので，取り扱いに注意しなければいけない。ベリリウムとマグネシウムを除く2族元素は，アルカリ土類金属とよばれ，2価の陽イオンになりやすい。
　
　アルカリ金属およびアルカリ土類金属の単体は，それらの塩の水溶液の電気分解では製造できないので，融解塩電解で製造されている。


■ 2011年度　立命館大学
　周期表1族には，水素とアルカリ金属元素が含まれる。これらに共通な電子配置は，価電子の数が1個であることである。

アルカリ金属元素はイオン化エネルギーが小さいので，陽イオンになりやすい。アルカリ金属元素の単体は周期表の下にある元素ほど，密度は大きく，融点は高い。アルカリ金属元素の単体は，空気中の酸素や水蒸気に触れないように石油中に保存する。
　
　金属ナトリウムは水に入れると，常温でも激しく反応する。ナトリウムの水酸化物である水酸化ナトリウムは白色の固体であるが，湿った空気中では水分を吸収して固体表面がぬれてくる。この現象を潮解という。また，ナトリウムをはじめとするアルカリ金属元素の化合物を，白金線につけてバーナーの外炎に入れると，元素特有の色を示す。このように呈色する現象を炎色反応という。

　炭酸ナトリウムは，工業的には，塩化ナトリウムの飽和水溶液にアンモニアと二酸化炭素を吹き込み，炭酸水素ナトリウムの沈殿をつくり，これを集めて焼くことによりつくられる。これをアンモニア・ソーダ法という。


■ 2011年度　慶應義塾大学
　炭酸ナトリウムはソルベー法によって工業的につくられている。この方法では，塩化ナトリウムの飽和水溶液にアンモニアと二酸化炭素を吹き込むと，溶解度の小さい炭酸水素ナトリウムが沈殿するので，それを集めて加熱することにより炭酸ナトリウムを得ている。炭酸ナトリウムの水和物結晶を乾いた空気中に放置すると水和水の一部が失われて風解と呼ばれる現象がおこり,結晶表面が白色粉末状になる。

　塩化水素は,実験室では塩化ナトリウムに濃硫酸を加え,加熱することによって得られる。　
炭酸水素ナトリウムは白色の固体で，重曹とも呼ばれ，胃腸薬やベーキングパウダー，入浴剤などに使用されている。また，酸を加えたり，加熱すると分解して二酸化炭素CO2を発生する。
炭酸ナトリウム及び炭酸水素ナトリウムはいずれも水に溶けると弱塩基性を示す。

　水酸化ナトリウムは工業的には塩化ナトリウムの水溶液の電気分解によって製造されている。この際，陽極には塩素，陰極には水素が発生する。水酸化ナトリウムは白色の固体で，水によく
溶けその水溶液は強塩基性を示す。また，水酸化ナトリウムの固体を空気中に放置すると，水分を吸収して固体の表面がぬれてくる。この現象は潮解と呼ばれる。
　


■ 2011年度　香川大学
　地殻の構成元素を存在量(質量)の順に並べると，最も多い元素は酸素であり，次にケイ素，アルミニウム，鉄と続き，カルシウムは5番目である。カルシウム化合物を主成分とする鉱物としては石灰石，セッコウなどの外にホタル石がある。ホタル石に濃硫酸を加えて加熱すると、フッ化水素が発生し硫酸塩を生じる。この気体の水溶液はケイ酸塩を溶かすので保存容器の材質に注意が必要である。

　石灰石を加熱すると,二酸化炭素が発生しせいせっかい生石灰を生じる。生石灰と水を反応させるとしょうせっかい消石灰となるが，このとき多量の熱を発生するので生石灰は発熱材として利用されている。生石灰とコークス(炭素)を混合して電気炉で2000℃ぐらいに加熱すると炭化カルシウムができる。炭化カルシウムに水を加えると可燃性の気体であるアセチレンを発生させることができる。消石灰に塩素を吸収させると，さらし粉が得られる。さらし粉を水に溶かすと，酸化力の強い次亜塩素酸イオンを生じるので殺菌剤や漂白剤として利用される。

　カルシウムの単体は天然には存在しないが，炭酸塩などから融解塩電解または溶融塩電解と呼ばれる方法で得ることができる。カルシウムの単体を水と反応させると, 水素を発生する。このとき生成する水酸化物の水溶液は石灰水と呼ばれる。石灰水へ呼気を吹き込むとはくだく白濁するが，さらに吹き込み続けると液体は透明になる。この液体を加熱すると気体が発生して再び白濁する。


■ 2011年度　 長崎大学
　2族元素は，電子殻の最外殻に2個の電子を持つため，2価の陽イオンになりやすく，その水酸化物は塩基性を示す。2族元素の中でベリリウムは水と反応せず，マグネシウムは熱水とのみ反応する。これら以外の2族元素の単体は，常温で水と反応し，気体の水素を発生する。このように，2族元素の中でも化学的性質が特に似ている元素をアルカリ土類金属といい，特有の炎色反応を示す。
　カルシウムは，水と反応して水酸化カルシウムを生じる。水酸化カルシウムは消石灰ともよばれ，酸化カルシウムに水を加えても生じる。水酸化カルシウムの飽和水溶液に二酸化炭素を通じると，炭酸カルシウムを生成して白濁する。この白濁液にさらに二酸化炭素を通じ続けると，白色の不溶物は炭酸水素カルシウムとなって電離し，溶解する。炭酸水素カルシウムの水溶液を加熱すると再び炭酸カルシウムを生じて白濁する。2族元素の硫酸塩は，日常生活においても重要な役割を担っており，硫酸カルシウムは建築材や医療用ギプスとして，硫酸バリウムはX線撮影の造影剤として用いられる。


■ 2011年度　兵庫医科大学
　カルシウムとマグネシウムはいずれも周期表2族に属する元素であるが，その化学的性質には違いが見られる。例えば，カルシウムの単体は常温の水と反応するが，マグネシウムの単体は反応しない。また，それぞれの水酸化物の水に対する溶解度も異なる。

　カルシウムとマグネシウムはともに地殻の構成元素である。地殻に存在するカルシウムの大部分は石灰石や大理石など炭酸カルシウムとして存在している。このことには，地球が46億年前に誕生してからたど辿った環境の変化が関係している。現在の火星や金星のように，もともと地球の大気は二酸化炭素が大部分を占めていたが，地球では海が誕生し二酸化炭素は溶解していった。その後，地球の表面温度が低下することで，さらに大気中の二酸化炭素は減少した。一方，海水中に取り込まれた二酸化炭素は炭酸イオンとなり，岩石から溶け出したカルシウムイオンと反応し，炭酸カルシウムとして海底に堆積していった。
　
　炭酸カルシウムの一部は地球内部まで取り込まれ，高熱のため塩基性酸化物の酸化カルシウムと酸性酸化物の二酸化炭素に分解されたが，残りの大部分は地殻に蓄積し続け，地球は炭酸カルシウムの豊富な惑星になった。

　現在，カルシウム化合物は多方面で利用されている。建築材料のセメントやしっくい漆喰の成分は炭酸カルシウムや消石灰であり，そ塑像や医療用ギブスなどに使われるセッコウは硫酸カルシウムの水和物である。また，消石灰に塩素を吸収させて作られるさらし粉は漂白剤や殺菌剤などに利用されている。さらし粉CaCl(ClO)･H2Oは塩化カルシウムと次亜塩素酸カルシウムの複塩と考えられる。

　一方，酸化カルシウムとコークス(石炭を乾留してつくったたこうしつ多孔質の炭素)を混ぜて電気炉で強熱すると得られる炭化カルシウム(カーバイト)は有機合成原料として用いられている。さらに，カルシウム化合物には吸湿性をもつものが多く，乾燥剤や除湿剤として利用されている。


HP「恋する化学」にpdfファイルをアップしています。

今日も、入試問題文を聴いて覚える化学　銅編です。

録音した音声はyoutubeにアップしています。



□テキストは下記参照ください。

入試問題文を聴いて覚える化学　銅編


■ 2011年度　 秋田大学
　銅は，単体として天然にも存在するが，工業的には銅鉱石を製錬して製造される。黄銅鉱(主成分CuFeS2)などの銅鉱石を空気を吹き込みながら加熱すると，鉱石中の鉄や硫黄成分は酸化されて除去される。この方法によって不純物を含む粗銅が得られる。

　粗銅から純銅を得るためには電解精錬を行う。電解精錬では，電解液である硫酸酸性の硫酸銅(Ⅱ)水溶液中で粗銅板を陽極，純銅板を陰極として0.2～0.5ぼるとVの低電圧で電気分解を行う。

　このとき，粗銅板に含まれている亜鉛，鉄，銀，金などの不純物金属のうち，銅よりもイオン化傾向が大きい不純物金属は，銅(Ⅱ)イオンとともに陽イオンとなって電解液中に溶け出す。これと同時に，電解液中の銅(Ⅱ)イオンは還元され，陰極上に析出する。この操作によって陰極上に純度99.99％以上の純銅が得られる。

　また，陽極の下には，電解液中に溶け出さなかった不純物金属が沈殿する。この沈殿物に含まれる金属は，別の操作により回収される。



■ 2011年度　中央大学
　銅は，天然に単体として産出することはまれで，多くは銅鉱石中に硫化物や酸化物のかたちで，不純物をともなって存在している。高純度な銅の単体を得るためには以下の工程が必要となる。

　銅鉱石(黄銅鉱など)をコークス，石灰石，ケイしゃ砂とともに溶鉱炉中で加熱することにより硫化銅(Ⅰ)に変える。その後，硫化銅(Ⅰ)を転炉中で加熱し粗銅と二酸化硫黄にする。ここでできた粗銅は不純物を含んでいるので，さらに電気分解により高純度な銅の単体を得る。
　
この電気分解では，粗銅を陽極に，純銅板を陰極とし，硫酸銅(Ⅱ)の硫酸酸性溶液を電解液に用いて0.3V程度の電圧をかける。すると，粗銅中の銅はイオンとなって溶液中に溶け出した後，溶液中を陰極である純銅板に向かって移動し，その純銅板上に析出する。しかし，粗銅中に不純物として存在するニッケル，鉄，亜鉛などは，銅よりもイオン化傾向が大きいため，溶液中に溶け出して陽イオンとなるがそのまま溶液中に残る。
　
　一方，銅よりもイオン化傾向の小さい金属(例えば，金，銀)はイオンとはならずに陽極の下に沈殿する。以上の電気分解の工程は，電解精錬と呼ばれている。
　銅の単体は酸に侵されにくいため塩酸や希硫酸には溶解しないが，希硝酸，濃硝酸及び，熱濃硫酸には溶解する。また，銅の単体は室温で乾燥した空気中では変化しないが，長く雨風にさらされると，表面に緑青という緑色の物質を生成する。
　
　緑青を大気中で強熱すると，1000℃以下では黒色の酸化銅(Ⅱ)を生成するが，
1000℃以上の温度では赤色の酸化銅(Ⅰ)を生成する。



■ 2011年度　 同志社大学
　周期表で３族から11族の元素は遷移元素とよばれ，日常生活で重要なものが多い。遷移元素の最外殻電子の数は１または２個であり，同一の遷移元素でも複数の酸化数を示すことが多い。

　銅Cuは第４周期の遷移元素である。銅鉱石(主に黄銅鉱CuFeS2)を還元すると粗銅が得られる。得られた粗銅板を陽極に，薄い純銅板を陰極として，電解液に硫酸銅(Ⅱ)の硫酸酸性水溶液を用いて電解精錬を行うと，純粋な銅が得られる。銅の単体は，赤色光沢のある金属で，電気や熱の伝導性が大きく，導線や電気材料として広く用いられている。
　
　銅は電池の電極としても使われてきた。たとえば，1800年頃にイタリアのボルタによって発明されたボルタ電池では，銅は正極として用いられ，銅正極と亜鉛負極の間に硫酸水溶液を浸した布を挟み，これを何層も積み重ねた構造であった。

　また，1836年にイギリスのダニエルは，電極として銅と亜鉛を，電解液として硫酸銅(Ⅱ)水溶液と硫酸亜鉛水溶液を用い，両者が混じらないように素焼き板などの隔膜で仕切った電池(ダニエル電池)を発明した。

　ダニエル電池は，当時発展しつつあった電信用の電源として広く使われ，歴史的に重要な役割を果たしたが，1868年にフランスのルクランシェにより安価で取り扱いが容易なマンガン乾電池が発明され，実用的な電池としての使命を終えた。


■ 2011年度　2011 龍谷大学
　銅は，展性・延性の大きな金属で，しかも電気伝導性も大きいので，電線などに用いられるほか，黄銅や青銅などの合金の材料としても用いられており，我々の身の回りにある，主要な金属の一つである。

　単体の銅は，黄銅鉱などを溶鉱炉で空気を吹き込みながら加熱することにより得られる。このようにして得られた銅は純度99％程度で，不純物を含んでおり，粗銅とよばれる。さらに純度の高い銅は，陽極に粗銅板，陰極に純銅板を用い，硫酸を加えた硫酸銅(Ⅱ)水溶液中で電気分解することにより得られる。

　このように，電気分解により不純物を多く含む金属から純度の高い金属を得る方法を電解精錬という。このとき，粗銅中に含まれる銅はイオンとなって溶け出し，陰極の純銅板上に析出する。また，粗銅中に含まれる銅よりもイオン化傾向の大きい鉄，ニッケル，亜鉛などはイオンとなって溶け出すが，電圧を調節することで，純銅板上には析出せず，溶液中にとどまる。

　一方，銅よりもイオン化傾向の小さい金や銀などはイオンにならず陽極の下に沈殿する。銅は，非常に有用な金属で多くの分野で用いられているが，地殻中にはたかだか0.01％ほどしか含まれておらず，資源的に希少な元素の一つである。そのため，電線や塊で利用されている銅の大部分は使用後，回収されリサイクルされている。


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今日も入試問題文を聴いて覚える化学　鉄編です。

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入試問題文を聴いて覚える化学　鉄編

■ 2011年度　大阪大学　
　鉄は，遷移金属の中では最も豊富に存在する元素であり，粒状の単体は銀白色である。湿度の高い空気中に放置すると酸化されて赤色の錆びを与える。
　
　使い捨てカイロが温かくなるのも，保水剤に含まれる水と酸素が鉄の粉末と反応して生じる熱を利用している。用途に応じては，腐食されないように多様な工夫がなされている。例えば，鉄の鋼板(こうばん)に鉄よりもイオン化傾向の小さい金属をめっきすると，鉄の腐食を防ぐことができる。

　しかし，めっき表面に傷が生じた際には，露出した鉄が先に腐食されてしまう。一方，鉄よりもイオン化傾向の大きい金属をめっきした鋼板では表面に傷が生じた際に，露出した鉄が腐食されるよりも先にめっきした金属が腐食されることで鉄の腐食を防ぐ。これは，イオン化傾向のより大きい金属から小さい金属へと電子が移動してイオンが生じる原理を利用している。

　アルミニウムは，鉄よりもイオン化傾向の大きい金属であり，鉄よりも腐食されやすいと考えられるが，実際には窓枠などに利用されている。これは，電解酸化によりアルミニウムの表面に腐食に強い薄い酸化膜を生じてアルミニウム内部の腐食が防がれるためである。また,ステンレス鋼(こう)は鉄とクロムを主成分とする合金であり非常に腐食に強いため，日常生活において高い安全性が求められる製品に使用される。



■ 2011年度　長崎大学
　金属の酸化物や硫化物が含まれる鉱石から金属の単体を取り出すことを製錬という。たとえば，鉄は，鉄鉱石を溶鉱炉の中でコークスと石灰石を加えて還元することで得られる。金属は，展性や延性を示すことから，箔や板，建築材料に利用される。

　また，金属には電気伝導性や熱伝導性があり，これらの伝導性が最も大きい金属は銀である。金属の中には，ある温度以下になると電気抵抗がゼロになるものがある。この現象を超伝導 (または超電導)とよび，医療診断機器やリニアモーターカーに利用されている。
　
　金属は，使用しているうちに化学反応を起こして，表面から酸化物や水酸化物，炭酸塩など，単体ではない状態に変わっていくことがある。これを腐食という。腐食の代表例はさびであり，鉄は酸素や水などと反応してさびを生じる。
　金属の腐食を防ぐために，金属製品の表面を他の金属などでおおう方法がある。これをめっきという。鉄のめっき製品としてはブリキやトタンが代表例である。



■ 2011年度　首都大学東京
　約10億年前に形成された地層の中には，縞状鉄鉱層(しまじょうてっこうそう)と呼ばれる地層がある。この地層は，鉄鉱石が縞模様状に堆積しており，主に赤鉄鉱と磁鉄鉱(じてっこう)が含まれている。赤鉄鉱は赤さびの主成分であり，一方，磁鉄鉱は黒さびの主成分である。

　この地層は，以下に記した〔メカニズム〕に従って形成されたと考えられている

〔メカニズム〕　
　地球には，誕生以来，酸素は極めてわずかしか存在していなかった。約40億年前，酸性の海が形成され，地殻の鉄が海に溶け出した。約27億年前に光合成生物が誕生すると，これらの生物は光のエネルギーを利用して，二酸化炭素と水から有機化合物，主としてグルコースを合成するとともに，酸素を発生させはじめた。このことによって，海水中に溶けていた鉄イオンは酸素と反応し，これらが大量に海底に堆積して，縞状鉄鉱層が形成された。
　
　われわれが日常的に使用する鉄のほとんどは，縞状鉄鉱層から採掘した鉄鉱石を原料として製造されている。鉄鉱石から鋼(こう)を製造する方法は,鉄鉱石にコークスと石灰石を加え，これらを高炉に入れ，下から熱風を送り込むと銑鉄(せんてつ)が得られる。この銑鉄を転炉に移し，高圧の酸素を吹き込むことで鋼(こう)を製造できる。

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今日も、入試問題文を聴いて覚える化学 有機化学 脂肪族化合物編①

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入試問題文を聴いて覚える化学 有機化学 脂肪族化合物編①

■ 2011年度　新潟大学
　鎖状構造の飽和炭化水素をアルカンという。メタンは最も構造の簡単なアルカンで，正四面体構造をしている。メタンと塩素の混合気体に光を当てると，置換反応が進行して，水素が塩素に置換された化合物ができる。炭素の数が4以上のアルカンには，炭素原子のつながり方の違いによる構造異性体が存在する。
　
　分子内に二重結合を一つ含む鎖式不飽和炭化水素をアルケンという。エチレンは最も構造の簡単なアルケンで，エタノールに濃硫酸を加えて160℃以上に熱すると，分子内で脱水反応が起こりエチレンが生成する。臭素水にエチレンを通じると，臭素の赤褐色が消失する。炭素数が4以上のアルケンには，炭素原子のつながり方および二重結合の位置の違いによる構造異性体の他に，二重結合についた炭化水素基の配置が異なる幾何異性体が存在する。
　
　分子内に三重結合を一つ含む鎖式不飽和炭化水素をアルキンという。アセチレンは最も構造の簡単なアルキンで，炭化カルシウム(カーバイド)に水を作用させるとアセチレンが生成する。炭素と炭素の三重結合には，二重結合と同様に付加反応が起こりやすい。塩化水銀(Ⅱ)を触媒にして，アセチレンに一分子の塩化水素を付加させると，合成樹脂の原料となる塩化ビニルが生成する。




■ 2011年度　秋田大学
　アルコールにはヒドロキシ基が1個の1価アルコールと，2個以上の多価アルコールがある。一般に単に「アルコール」という場合，エタノールをさす場合が多い。最も炭素数の少ない1価アルコールはメタノールであり，メタノール及びエタノールにはアルコールとしての異性体は存在しない。
　
　エタノールを含むアルコール飲料は，古来より微生物を用いて醸造されてきた。この方法では主にさまざまな方法で得られたグルコースなどを出発物質として,酵母の作用によりアルコールを合成している。この方法は近年，ガソリンの代替燃料を生産する方法としても着目されている。
　
　エタノールを二クロム酸カリウムの硫酸酸性水溶液で酸化するとアセトアルデヒドが生成する。この物質をさらに酸化してカルボン酸である酢酸にすることができる。酢酸もまた，化学製品の原料として，我々の生活に欠かせない重要な物質である。
　
　一方，多価アルコールにも重要な化合物が多く存在する。例として，エチレングリコールはポリエチレンテレフタラートの原料として用いられる。また，油脂は高級脂肪酸とグリセリンのエステルである。



■ 2011年度　名古屋工業大学
　近年，温暖化対策として二酸化炭素削減のためや，化石燃料の枯渇問題から燃料としてバイオエタノールが注目されている。バイオエタノールとは，廃木材，ある種の海草およびサトウキビやトウモロコシなどのバイオマスを微生物の力を借りて発酵させ，それを蒸留して生成されるエタノールのことである。日本では米を発酵させ，日本酒を造っているが，日本酒を製造する過程で，生産工程の管理が悪いと酢(酢酸)が生成することがある。このエタノールと酢酸を縮合(しゅくごう)させて生じる酢酸エチルは，日本酒の香気成分の1つである。
　
　バイオエタノールは空気中の二酸化炭素を固定したバイオマスから造り出すので，その燃焼によって大気中の二酸化炭素の量を増やさないと考えられている。この点から，エネルギー源としての将来性が期待され，研究が進められている。
　
　しかし，原料の分別および発酵して得たエタノールを蒸留して利用可能な純度にするまでに必要なエネルギーが莫大であるため，結果として二酸化炭素発生の増大につながる恐れも指摘されている。
　
　燃料としてエタノールを炭化水素(ガソリン)と比較すると，同一体積での発熱量が小さいという欠点がある。しかし，二酸化炭素の発生量あたりの発熱量で見てみるとそれほどの差はない。米国ではガソリンとエタノールを混合したガソホールがガソリンの代替(だいたい)燃料(ねんりょう)として用いられている。




■ 2011年度　関西学院大学
　　現代の有機化学工業では，エチレンなどのアルケンを出発物質とする方法が主流となっている。しかし一時期，アルキンであるアセチレンを利用する化学工業も栄えた。
　
　アセトアルデヒドの工業的製法を歴史的にみると，過去にはアセチレンに水を付加させる反応を利用していた。この方法は水銀塩を触媒として用いるもので水俣病の原因となった。現在では，アセチレンの代わりにエチレンを用いる一段階反応へと完全に製法が転換している。
　
　一方，類似の製法転換を経たものに酢酸ビニルがある。酢酸ビニルは日本で発明された高分子ビニロンの単量体(モノマー)として知られる。当初はアセチレンを原料として合成されていたが，現在ではエチレンを原料としている。


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今日も、入試問題文を聴いて覚える化学 有機化学　脂肪族化合物編②です。


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入試問題文を聴いて覚える化学　有機・脂肪族化合物編②


■ 2011年度　同志社大学
　有機化学工業は現在，主に石油を原料としている。原油を分留して得られるナフサを原料として，エチレン(エテン)やプロピレン(プロペン)，ベンゼンやパラp-キシレンなどをつくり，それらから，各種の化学物質が合成される。たとえば，エチレンに水が付加することでエタノールとなり，エタノールを酸化すると，まずアセトアルデヒドとなり，さらに酢酸となる。

　エタノールと酢酸の縮合反応からは酢酸エチルが，2分子のエタノールの縮合反応からはジエチルエーテルがつくられる。プロピレンとベンゼンからクメンをつくり，酸化したのち硫酸で分解するとフェノールとアセトンをつくることができる。

　しかしながら，石油が限りある資源であることから，石油の代替資源たんさく探索が進められている。
　
　石炭や天然ガスなどからつくられる合成ガスは，一酸化炭素と水素などの混合物である。合成ガスはメタノールやエチレングリコールをつくる反応に用いられている。
　
また，コバルトや鉄などの触媒を使って，合成ガスから炭化水素をつくる技術も開発されている。

　バイオマスは再生可能な資源として注目されており，バイオマスをエネルギー源や化学工業原料として利用する技術が開発されている。発酵法により，糖類からエタノールや乳酸を製造できる。乳酸が脱水縮合重合したポリ乳酸は生分解性を持つことから，ポリエチレンなどの石油からつくるプラスチックの代替品としての利用が期待されている。



■ 2011年度　鳥取大学
　アセチレンは，石油を高温で分解してつくられる。また，炭化カルシウム(カーバイド)に水を加えてつくることもできる。

　　アセチレンは付加反応を起こしやすい。例えば，白金やニッケルを触媒としてアセチレンに水素を反応させると，エチレンを経てエタンになる。また，臭素水中の臭素もアセチレンに対して付加反応を起こす。

　この他にも，水銀(Ⅱ)イオンを触媒として，希硫酸中でアセチレンと水を反応させるとビニルアルコールが生成するが，これもまたアセチレンへの付加反応の例である。ただし，ビニルアルコールは不安定で，すぐにアセトアルデヒドに変わる。この方法はアセトアルデヒドの主要な工業的製法であったが，水銀公害の問題が生じたため，その後は使われていない。現在はエチレンを酸素で酸化してアセトアルデヒドが製造されている。



■ 2011年度　京都産業大学
　エタノールは第一級アルコールであり，グルコースを酵母などの微生物の働きによって酸素のない状態で分解すると生じる。この方法はアルコール飲料(酒)を作るのに広く用いられている。

　また工業的には，高温・高圧下でエチレンに水蒸気を作用させてつくられる。
エタノールを原料として，様々な化合物が得られる。エタノールを二クロム酸カリウムの硫酸酸性溶液で酸化するとアセトアルデヒドが生じ，さらに酸化すると酢酸が得られる。酢酸の2分子から水1分子が取れて結合すると無水酢酸が生じる。

　エタノールに濃硫酸を加えて130～140℃に熱すると，ジエチルエーテルが得られる。エタノールと酢酸の混合物に濃硫酸を少し加えて熱すると，酢酸エチルが生じる。エタノールに水酸化ナトリウム水溶液とヨウ素を加えて加熱すると，特有の臭気を持ったヨードホルムが黄色沈殿する。

　また、エタノールにナトリウムの単体を加えると水素を発生しながらナトリウムエトキシドを生成する。



■ 2011年度　埼玉大学
　微生物が増殖することによって食品が劣化することを一般に腐敗とよぶ。これに対し，食品中の油脂は微生物とは無関係に空気中の酸素や日光により変質し，特に不飽和脂肪酸を多く含む油脂は味や風味が容易に損なわれる。これは酸敗(さんぱい)とよばれ，これを防いで食品の保存性を高めるためにトコフェロール(ビタミンE)やアスコルビン酸(ビタミンC)が食品添加物として加えられる。

　油脂はグリセリンと脂肪酸(R－COOH)とのエステルであり，動物・植物の体内に広く存在する。ヒトは成長および生命活動の維持に必要な幾つかの脂肪酸を体内で合成できないため，それらを含んでいる食物を摂取する必要がある。

　このような脂肪酸は必須脂肪酸とよばれる。天然の油脂の多くは炭素数16および炭素数18の高級脂肪酸により構成され，食品や洗剤などの工業製品の原料として利用されている。油脂の性質はそれを構成している脂肪酸により大きく異なる。

　このため，不飽和脂肪酸で構成される比較的安価な油脂を原料とし，触媒を用いて水素(H2)を付加させ，好ましい物性をもった油脂を工業的に生産することもある。
　
　近年，廃食用油等を活用したバイオディーゼル燃料がカーボンニュートラルな環境低負荷燃料として注目されている。バイオディーゼル燃料は脂肪酸メチルエステルを主成分としている。この脂肪酸メチルエステルは，油脂にメタノール(CH3OH)を加え，触媒を作用させると生成する。



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今日も、入試問題文を聴いて覚える化学　14族元素編です。

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入試問題文を聴いて覚える化学　14族元素編


■ 2011年度　同志社大学　　
　二酸化炭素は，常温・常圧で無色，無臭の気体である。気体の二酸化炭素を常圧で冷却すると，液体を経ずに直接固体となる。固体が直接気体になることも気体が直接固体になることも昇華という。固体の二酸化炭素はドライアイスとよばれる。ドライアイスは，気体になるときに熱を吸収する。

　二酸化炭素は，水に少し溶け，溶液は弱酸性を示す。二酸化炭素の分圧が等しい場合で比較すると，温度が高い方が二酸化炭素の水への溶解度は小さい。ルシャトリエの原理に基づいて考えると，これは，二酸化炭素が水に溶解するときの溶解熱の符号が正であることを示している。このように，ルシャトリエの原理は，化学反応だけではなく，溶解平衡にも適用できる。また，気液平衡や固液平衡などの物質の三態の変化にも適用できる。

　実験室では，二酸化炭素は炭酸カルシウムに塩酸を加えて発生させる。工業的には，炭酸カルシウムを熱分解してつくられる。二酸化炭素は，炭酸ナトリウムの工業的製造過程でも重要な物質である。塩化ナトリウムの飽和水溶液にアンモニアを十分に溶かし，二酸化炭素を通じると,炭酸水素ナトリウムの沈殿が生じる。

　そして, 炭酸水素ナトリウムを熱分解すると炭酸ナトリウムが生じる。このような炭酸ナトリウムの製造法はアンモニア・ソーダ法とよばれている。炭酸ナトリウムはガラスの製造などに用いられる。


■ 2011年度　岡山大学
　炭素にはいくつかの同素体が存在する。例えば，二次元結晶となる炭素の同素体としてはグラフェンがある。グラフェンは正六角形の格子が原子1個分の厚さで平面状に繋がった2次元結晶であり，炭素分子が蜂の巣状に並んでいる。

　グラフェンは炭素が持つ価電子のうち3個を使って共有結合しており，残る価電子は結晶表面を移動できるため，電気伝導性を持つ。2010年にガイムとノボセロフはグラフェンの研究によってノーベル物理学賞を受賞した。

　グラフェンが層状に重なったものがグラファイト(黒鉛)である。層と層の間は弱いファンデルワールス力で結合している。そのため，グラファイトは層状にはがれやすいという性質を持つ。
　
　グラフェンに関連した同素体として，グラフェンが筒状になったような構造を持つカーボンナノチューブや，炭素原子60個からなるサッカーボール状の構造を持つC60フラーレンなどがある。1996年にはC60フラーレンの発見によりノーベル化学賞がクロトー，カール，スモーリーに与えられている。C60フラーレンは結晶構造を取る場合がある。このとき，C60フラーレン分子を一つの粒子と考えると，立方体の各頂点および各面の中心にC60フラーレン分子が位置する。
　
　炭素の同素体にはさらに，三次元結晶となるダイヤモンドがある。ダイヤモンドは，各炭素原子が4個の価電子により隣接する炭素原子とそれぞれ共有結合を作って正四面体のかたちをとり，これが繰り返された立体構造を持つ。この原子の配置は幾何的に理想な角度であるため，ひずみがなく，安定である。ダイヤモンドは天然で最も硬い物質であり，電気伝導性を持たない。


■ 2011年度　名古屋大学
　炭素の同素体の一つである黒鉛は，光沢のある灰黒色の結晶で，柔らかく，電気や熱をよく伝える。黒鉛の結晶では，炭素原子は共有結合によって他の3個の炭素原子と強く結合して網目状の平面構造を形成している。

　この平面構造は互いにファンデルワールス [分子間]力により弱く結びついて層をなしており，層の間に原子や分子を取り込むことができる。
炭素の新たな同素体として1985年にフラーレンC60が発見された。


■ 2011年度　 宮崎大学
　ケイ素は，岩石や鉱物の成分元素として，地殻中に酸素に次いで多量に存在する。ケイ素は，周期表14族の非金属元素で，価電子を4個もつ。単体のケイ素は，シリコンとも呼ばれ,天然には存在せず，酸化物を電気炉で還元してつくる。結晶は，共有結合の結晶で，灰色で金属光沢があり，半導体の性質を示す。そのため，高純度の単体は，コンピューターのIC(集積回路)や光エネルギーを直接電気エネルギーに変える太陽光発電などのエレクトロニクス分野で重要な材料として広く用いられる。

　ケイ素の酸化物である二酸化ケイ素SiO2は，主に石英として岩石中に存在し，砂状のケイ砂としても産出する。ケイ砂はガラスやセメントなどの製造のための原料となっている。
　二酸化ケイ素は一般に薬品には侵されにくいが，フッ化水素酸HFにはヘキサフルオロケイ酸H2SiF6を生じてとける。

　二酸化ケイ素に水酸化ナトリウムや炭酸ナトリウムなどの塩基を加えて約1300℃で融解すると，Na2SiO3などの種々の組成のケイ酸ナトリウムになる。

　ケイ酸ナトリウムに水を加えて煮沸すると，水ガラスという無色で粘性の大きな液体となる。水ガラスに酸を加えると半透明ゼリー状のケイ酸SiO2･nH2Oが生じ，ケイ酸を熱して脱水すると乾燥剤や吸着剤として使われるシリカゲルになる。


■ 2011年度　長崎大学
　地殻に含まれている鉱石は，セラミックスや金属などの製造に利用される。セラミックスは，原料を加熱処理によって焼き固めてつくられる製品の総称であり，ガラスやセメント，やきものなどが代表例である。

　植木鉢やタイルなどのやきものは，原料としておもに粘土が用いられ，成形されたのちに焼き固めることで製品がつくられる。約1400℃で焼き固められるものを磁器といい，たたくと澄んだ音がし，吸水性もなく，やきものの中でも比較的硬い。

　セラミックスのおもな原料は，天然のケイ酸塩であり，窓ガラスに使用されるソーダガラスは，けい砂(しゃ)と石灰石，炭酸ナトリウムの混合物を融解してつくられる。また，近年の科学技術の進歩にともない，ケイ酸塩以外にも金属酸化物や炭化物，窒化物などの高純度原料を使用し，人工骨などの生体関連材料や熱やガスなどを感知するセンサーがつくられている。このような窯業(ようぎょう)製品をファインセラミックスという。
　
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今日も、入試問題文を聴いて覚える化学　15族元素編です。

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入試問題文を聴いて覚える化学　15族元素編


■ 2011年度　 京都工芸繊維大学
　窒素は15族の典型元素であり，いくつかの酸化数をとる。窒素の単体は，大気中に窒素ガスとして存在している。窒素ガスと水素ガスの混合気体から，四酸化三鉄を主成分とした触媒を用いることによりアンモニアが工業的に合成されている。この方法はハーバー・ボッシュ法とよばれている。

　アンモニアは弱塩基で，水に溶かすと，電離していない分子と電離して生じたイオンとの間に，電離平衡が成立する。また，窒素を含むいくつかのオキソ酸があり，それらのうちには，強い酸性を示すものもある。この化合物は，オストワルト法で合成されている。


■ 2011年度　立命館大学
　実験室でアンモニアは，塩化アンモニウムと水酸化カルシウムを混合して加熱すれば得られる。アンモニアは水によく溶ける無色の気体であり，その水溶液は弱い塩基性を示す。工業的には，鉄を主成分とする触媒を使って直接窒素と水素からアンモニアが合成される。この反応は平衡反応である。

　硝酸は，工業的にはアンモニアを酸化して製造される。この反応はオストワルト法と呼ばれ，次の3段階の化学反応式で表される。

第1段階　4NH3 ＋ 5O2 → 4NO ＋ 6H2O
第2段階　2NO ＋ O2 → 2NO2
第3段階　3NO2 ＋ H2O → 2HNO3 ＋ NO

第1段階の触媒は白金であり，この反応で生じる一酸化窒素は水に溶けにくい無色の気体である。第2段階で生じる二酸化窒素は水によく溶ける赤褐色の気体である。
第3段階では，生じた二酸化窒素が硝酸になる。その時，生じる一酸化窒素は再び第2段階で酸化されて，二酸化窒素になり，第3段階で硝酸へと変わることになる。


■ 2011年度　 徳島大学
　窒素Nは原子番号7の元素であり，その単体は，常温においては二原子分子のN2である。人類は，窒素化合物を肥料や火薬などに利用してきたが，N2は化学的に安定であるため，空気中のN2を直接利用することは困難であった。

　20世紀の初め，ハーバーとボッシュは，窒素N2と水素H2からアンモニアNH3を合成する方法を開発し，その工業化に成功した。アンモニアは刺激臭のある無色の気体であり，水に溶けやすく，その水溶液は弱い塩基性を示す。合成されたアンモニアは硫酸アンモニウム，尿素，硝酸など，さまざまな化合物に変化させたのち，工業原料や肥料などとして用いられる。
　
　窒素の酸化物にはさまざまなものが知られている。たとえば一酸化二窒素N2Oは笑気ガスともよばれ,麻酔作用などの薬理作用を有する。N2Oは，CO2などとともに，温室効果ガスとして大気の温度上昇にも関与している。

　一酸化窒素NOや二酸化窒素NO2は，物質が燃焼する際に，燃料中の窒素原子の酸化や，高温・高圧下における空気中のN2とO2との反応により生成する。これらは，大気中での反応を通して，光化学スモッグや酸性雨の発生にも関与している。



■ 2011年度　京都産業大学
　窒素の単体は，窒素原子が２個結合してできた分子であり，室温で安定な気体である。窒素を含む化合物であるアンモニアは，刺激臭を持つ無色の気体で水によく溶け，その水溶液は弱塩基性を示す。

　実験室では，アンモニウム塩を強塩基とともに熱してアンモニアを発生させ，これを捕集する。また，工業的には，窒素と水素を体積比1：3で混合し，鉄を主成分とした触媒を用いて高温，高圧で化合させてアンモニアを発生させる。窒素はいろいろな割合で酸素と化合する。一酸化窒素は，実験室では銅に希硝酸を加えて発生させ，これを捕集する。

　一方，二酸化窒素は，銅に濃硝酸を加えて発生させ，これを捕集する。硝酸は，実験室では硝酸塩に濃硫酸を加え，加熱して発生させる。

　窒素と同じ周期表15族に属する非金属元素のリンは，リン酸塩として動物の骨や歯に多く含まれる。単体は，工業的にはリン鉱石を電気炉中でけい砂と反応させてつくられる。このときリンは蒸気となって発生し，これを水中で固化させると黄リンが得られる。

　黄リンを250℃で空気を断って熱すると，赤褐色固体の赤リンとなる。赤リンはマッチ箱の側)薬として用いられている。

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今日も、入試問題文を聴いて覚える化学　16族元素編です。

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入試問題文を聴いて覚える化学　16族元素編

■ 2011年度　関西大学
　雨水中には空気中の二酸化炭素が溶けているため，通常の雨水は弱酸性を示す。しかし，これよりも酸性の強い雨が降ることがあり，これを酸性雨という。

　酸性雨の原因の一つは，化石燃料などの燃焼中に窒素が酸化されてできる赤褐色の気体である二酸化窒素が雨水に溶けて，硝酸が生成するためである。また，硫黄化合物の燃焼により生成する無色の気体である二酸化硫黄も酸性雨の原因となる。これは二酸化硫黄が空気中で酸化され，雨水に溶けて硫酸が生成するためである。

　酸性雨により大理石製の彫像など歴史遺産に大きな被害が出ているが，これは，大理石の主成分である炭酸カルシウムが雨水中の硫酸と反応してセッコウになるためである。


■ 2011年度　 明治大学
　酸性雨は産業革命が全盛を迎えた19世紀後半に英国で初めて用いられた言葉であるが，20世紀後半になると世界各地で観測されるようになり，地球規模の環境問題となっている。

　酸性雨の原因として，化石燃料が燃焼する時に生じる硫黄酸化物や自動車の排気ガス中に含まれる窒素酸化物がある。これらが大気中で酸化され，その結果として生じる三酸化硫黄や二酸化窒素が雨水中に溶け込み，硫酸や硝酸を生じることで酸性の雨をもたらす。


■ 2011年度　東京理科大学
　硫黄から製造される硫酸は化学工業上，最も重要な酸である。硫酸のうち，濃硫酸は強い吸湿性があり，脱水剤や乾燥剤として用いられる。希硫酸は強い酸性を示し，銅，銀などを除く多くの金属を溶かし水素を発生する。

　濃硫酸の製造は，硫黄を空気中で完全燃焼させて生じる二酸化硫黄を，酸化バナジウム(Ⅴ)の存在下で空気中の酸素により酸化し，これを濃硫酸に吸収させて発煙硫酸をつくる。これに希硫酸を加えて濃硫酸とする。このような硫酸の工業的製法を接触法という。


■ 2011年度　同志社大学
　硫黄の単体は火山地帯に産出するが，工業的には石油を精製するときに大量に得られる。硫黄の単体には，斜方硫黄，単斜硫黄，ゴム状硫黄などの同素体が存在する。硫黄が他の元素と反応してできた化合物を硫化物という。

　硫黄に点火すると青色の炎を上げて燃焼し，二酸化硫黄になる。二酸化硫黄は水によく溶け，その水溶液は亜硫酸とよばれる。亜硫酸は，弱い酸性を示す。また，二酸化硫黄は，亜硫酸水素ナトリウムに希硫酸を反応させても得られる。二酸化硫黄を酸化させると，三酸化硫黄が得られる。三酸化硫黄は発熱をともなって水と激しく反応し，硫酸を生じる。工業的には，硫酸は次のようにして製造される。
　高温状態の二酸化硫黄と酸素を，触媒を詰めた接触室に通し，三酸化硫黄にする。三酸化硫黄を濃硫酸に吸収させて発煙硫酸とし，これに希硫酸を加えて濃硫酸にする。この製法を接触法という。


■ 2011年度　 新潟大学
　硫黄は多くの酸化数をとることが知られている。火山ガスに含まれる硫黄の化合物には硫黄の酸化数が＋4である二酸化硫黄と酸化数が－2である硫化水素がある。

　二酸化硫黄は刺激臭，硫化水素は腐卵臭をもつ気体で，どちらも空気より重く，毒性がある。火山ガスの噴出孔付近では，二酸化硫黄と硫化水素が反応することにより単体の硫黄が生成し析出する。硫酸は工業的に大量に生産されている硫黄の化合物で，硫酸の中の硫黄の酸化数は＋6である。

　希硫酸は強酸で，水素よりもイオン化傾向が大きい金属と反応して水素を発生する。また，濃硫酸を加熱したものは酸化力が強く，銅と反応して二酸化硫黄を発生する。


■ 2011年度　慶應義塾大学
　硫化水素は.無色の腐卵臭をもつ有毒な気体で，水に溶けると弱酸性を示す。また，強い還元作用があり，自身は酸化されて硫黄を生じる。
　
　また，銅イオンや銀イオンを含む水溶液に硫化水素を通じると水に溶けにくい黒色の硫化物が沈殿する。

　二酸化硫黄は無色の刺激臭をもつ有毒な気体で，水によく溶け，その水溶液は酸性を示す。多くの場合，還元剤として働くが硫化水素と反応するときは酸化剤として働き，このとき単体の硫黄が生成する。



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