化学の２次試験では、理由を記述させる問題が出題されますが、特にアルミニウムに関する問題は突出しています。
その中でも特に頻出の問題をまとめてみました。


□問題１
アルミニウムはイオン化傾向が大きいのにもかかわらず,さびが進行しない理由は？


□解答例
アルミニウムは,空気中に放置すると表面に緻密な酸化被膜が形成され,それ以上は酸化されない状態(不動態)になるため。

※補足解説
この性質を利用して,アルミニウムの表面に人工的に緻密な酸化被膜をつけた製品をアルマイトといい,アルミ缶など様々な製品にアルマイト処理がされています。



実際に出題された問題は下記になります。

■イオン化傾向の大きな金属ほどさびやすいが，アルミニウムはイオン化傾向が大きいにもかかわらず，さびが進行しにくいのはなぜか説明せよ。
(2011 信州大学 工)



■アルミニウム製品がさびにくい性質を持つのはなぜか。最も適当な理由を下の選択肢の中から1つ選び，その番号を解答用紙にマークせよ。

①　アルミニウムの表面は，トタンのように亜鉛でめっきされているから。
②　アルミニウムの表面は，ブリキのようにスズでめっきされているから。
③　アルミニウムの表面は，空気中の窒素分子でおおわれ，酸素が結合できないから。
④　アルミニウムの表面は，ち密な酸化皮膜でおおわれ，不動態になっているから。
⑤　アルミニウムの表面には，常に正の電圧がかけられているから。
(2010 立命館大学 情報理工　生命科　薬　理工　スポーツ健康科 )



■金属は展性・延性を示し，光をよく反射し，電気や熱をよく伝導する。中でもアルミニウムは，展性に富むためアルミホイルとして用いられたり，電気伝導性が単体では銀，銅，金に次いで高いため電気配線に用いられたり，熱伝導性が高いため，やかん等の調理器具に用いられたりしている。また，アルミニウムが地殻中で最も多く存在する金属元素であること，密度が小さいこと，b空気中や水中でも内部までさびにくいことなどもアルミニウムが様々な用途に利用される重要な理由である。

問　アルミホイルやアルミニウム製のやかんなどは下線部bの性質を持つ。その理由を40字以内で記せ。
(2012 群馬大学 工)



□問題２
アルミニウムの合金であるジュラルミンが航空機材料などに用いられる理由は？


□解答例
軽くて強度が強く比較的加工しやすいため。




実際に出題された問題は下記になります。

■単体のアルミニウムは，鉱石のボーキサイトから純粋な酸化アルミニウムをつくり，これを氷晶石と混ぜて融解塩電解して製造される。単体は，銀白色で金属にしては密度が低く，軟らかく，熱や電気をよく伝える。
一方，③アルミニウムの合金は，航空機材料などに用いられる。また，アルミニウムの粉末と鉄の酸化物を混ぜて着火すると，激しく反応して単体の鉄が得られる。この反応をテルミット応といい，溶接などに利用される。

問．下線③について，アルミニウムに銅，マグネシウム，マンガンなどを溶かし込んだ合金の名称を答えよ。また，この合金が航空機材料などに用いられる理由を答えよ。
(2011 岩手大学 工　農)




■航空機用の材料として用いられるアルミニウムの合金の名称を示せ。また，この合金が航空機用の材料として用いられる理由を述べよ。
(2011 信州大学 工)



次は,アルミニウムの単体の製造に関する問題です。

□問題３
アルミニウムイオンを含む水溶液の電気分解では，アルミニウムの単体を得ることができない理由は？


□解答例
アルミニウイオンよりも水分子の方が還元されやすく,電気分解により水素が発生するから。


※補足解説

融解塩電解とは,融解塩の電気分解のことで,イオン結合性の化合物を加熱し,融解液(液体)の状態にして電気分解することです。

イオン化傾向がアルミニウム以上の金属塩の水溶液を電気分解すると,
陰極には,必ず水素が発生してしまい,金属の単体は析出しません。
そこで,融解液を電気分解すれば,水や水素イオンや水酸化物イオンが存在しないため,金属イオンが電子を受け取り,イオン化傾向が大きい金属でも陰極において単体を得ることができます。
また,イオン化傾向が亜鉛以下の金属はコークスCによって還元できますが,アルミニウム以上の金属は還元できません。



実際に出題された問題は下記になります。

■ｲ)アルミニウムは塩酸に溶解し，3価の陽イオンを生じる。また，水酸化ナトリウムの水溶液とも，(1)式のように反応し，溶解する。
問　下線部ｲ)で得られる水溶液を電解することでは，金属アルミニウムを得ることはできない。その理由を40字程度で説明せよ。
(2011 甲南大学 知能情報　理工 )



■単体のアルミニウムは，ボーキサイトから得られる(a)酸化アルミニウムを融解塩電解して製造する。アルミニウムは，酸素中で高温に熱すると激しく燃焼し，酸化アルミニウムになるが，空気中，常温では，表面のみが酸化され，内部は酸化されない。

問　下線部(a)のように，単体のアルミニウムは，酸化アルミニウムを約1000℃で融解した氷晶石に溶かし，陽極および陰極に炭素を用いて電気分解することにより得られる。
アルミニウムイオンを含む水溶液の電気分解では，アルミニウムの単体を得ることができない。その理由を説明せよ。
(2011 島根大学 総合理工 )



□問題４
融解塩(溶解塩)電解する際に氷晶石を加える理由は？

□解答例１
酸化アルミニウムをより低い温度で融解させるため。


□解答例２
酸化アルミニウムの融点を下げて電気分解するため。


□解答例３
酸化アルミニウムの融点は約2000℃と極めて融点が高いので,融点を下げて電気分解するため。



実際に出題された問題は下記になります。

■ケイ素化合物などのボーキサイト鉱石に含まれる不純物を取り除くため。単体のAlは，ボーキサイト鉱石(主成分の組成Al2O3･nH2O)から以下の4つの操作を経て得られる。
操作①　細かく粉砕したボーキサイト鉱石を，濃い水酸化ナトリウム水溶液とともに熱し，ろ過する。
操作②　ろ液に水を加え，沈殿を生じさせる。
操作③　沈殿を高温で熱する。
操作④　氷晶石とともに1000℃程度に加熱して融解塩電解する。

問　操作④で氷晶石とともに融解塩電解する理由を簡潔に説明せよ。
(2013 高知大学 教育　理　医　一部改)



■地球の地表付近に存在する元素の存在量を質量で比較すると，アルミニウムは酸素，ケイ素に次いで3番目に多い。しかし，その豊富な存在量にもかかわらず，現在のようなアルミニウムの単体の製法が開発されたのはわずか120年ほど前である。この製法では，原料鉱石であるボーキサイトから精製された酸化アルミニウムに(a)氷晶石を加えて約1000℃に加熱し，炭素を両極に用いて融解塩電解を行うことによって単体に還元している。

問　下線部(a)の氷晶石を加える理由は以下のどれか。1つ選び，記号を解答欄に記入しなさい。
(ｱ)　炭素電極をより高温にするため
(ｲ)　酸化アルミニウムをより低い温度で融解させるため
(ｳ)　酸化アルミニウム中のアルミニウムと酸素間の結合を強くするため
(2010 中央大学 理工 一部改)



■アルミニウムは工業的に次の手順で精製される。まず，原料であるボーキサイト(Al2O3･nH2O)を焼いて水分を蒸発させ粉砕したのち，濃い水酸化ナトリウム水溶液を加えて不純物を除去する。不純物を除去したものに大量の水を加え，沈殿を回収する。この沈殿物を強熱すると純粋な物質Cが得られるので，これにD氷晶石(Na3AlF6)を加えて1000℃に加熱し，炭素電極を用いた融解塩電解を行うことで高純度のアルミニウムが得られる。

問 下線部Dで氷晶石を加える理由は何か。最も適切なものを1つ選べ。
1．加熱する際に突沸が起こるのを防ぐ。
2．物質Cの融点を下げる。
3．融解塩電解における電気の伝導率を上げる。
4．電解炉に使われる耐火煉瓦を保護する。
5．フッ素によりアルミニウムの析出の効率を上げる。
6．物質Cの還元反応の触媒となる。
(2013 星薬科大学 薬　)



■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，(　イ　)極にアルミニウムが得られる。

問　融解塩電解する際に氷晶石を加えるのはなぜか。その理由を20字以内でしるせ。
(2011 立教大学 2/9,個別学部日程 理 )

今日は前回に続いて、ハロゲンに関する理由を記述する問題をまとめてみました。


□問題１
ハロゲンの単体は,原子番号が大きいほど,融点・沸点が高くなる。この理由は？


□解答例
分子量が大きい分子ほどファンデルワールス力が大きく働くため。


※補足解説
ハロゲンの単体はいずれも二原子分子からなるため,分子に極性はなく,分子間にはファンデルワールス力(すべての分子間にはたらく弱い引力)しか働きません。
よって,分子量が大きい分子ほどファンデルワールス力が大きく働くので,融点・沸点が高くなります。

ハロゲン単体の融点・沸点の高さは,
F2＜Cl2＜ Br2＜I2
の順となります。



□問題２
ハロゲンの単体のうち,フッ素が最も酸化力が強い理由は？


□解答例
酸化力(≒陰イオンへのなりやすさ)とは,他の物質から電子を奪う力のことで,
同族間において,原子番号が小さいほど原子半径が小さく,原子核の正電荷が最外殻の電子を引きつけやすい(他から電子を奪う傾向も強い)ため。



□問題３
フッ化水素が他のハロゲン化水素と比較して沸点が著しく高い理由は？


□解答例
フッ化水素のみ,分子間に強い水素結合がはたらくため。


※補足解説
ハロゲン化水素の沸点は,ハロゲンの単体同様に,分子量が大きいほど高くなりますが,フッ化水素のみ例外で最も高くなります。
フッ化水素が,塩化水素よりも分子量が小さいにもかかわらず沸点が著しく高いのは,分子間に働く水素結合のためです。

★ハロゲン化水素の沸点の高さは,
HCl＜HBr＜HI＜HF
の順となります。

典型元素の水素化合物において,このように沸点が逆転する関係は,水H2Oと硫化水素H2Sの間などにも見られます。(分子量：H2O＜H2S,沸点：H2O＞H2S)
理由は,同じくH2O分子間で水素結合を形成するためです。



■実際に出題された問題は下記になります。

ハロゲンの単体は水素と反応してハロゲン化水素を生成する。フッ化水素は他のハロゲン化水素と比較して沸点が著しく高い。この理由は，〔　　〕が生じるためである。

フッ化水素が他のハロゲン化水素と比較して沸点が著しく高い理由は何か，空所〔　　〕に当てはまる最も適当な語句を，次の中から一つ選びなさい。　
①　分子間に共有結合 ②　分子内に共有結合
③　分子間にイオン結合 ④　分子内にイオン結合
⑤　分子間にファンデルワールス力 ⑥　分子内にファンデルワールス力
⑦　分子間に水素結合 ⑧　分子内に水素結合
(2010 龍谷大学 理工 )



ハロゲン元素はさまざまな非金属や金属と反応する。非金属元素である水素と反応するとハロゲン化水素が形成される。
これらハロゲン化水素の沸点も，ハロゲン元素によって異なる。

問　ハロゲン化水素が最も高い沸点を示す理由を選べ。　　
①　ハロゲン化水素分子間が強い金属結合で結ばれているため。
②　ハロゲン化水素分子間が強いイオン結合で結ばれているため。
③　ハロゲン化水素分子間が強い水素結合で結ばれているため。
④　ハロゲン化水素分子間が強い共有結合で結ばれているため。
(2011 杏林大学 1/21,１次 医 一部改)



17族元素の水素化合物のうち，沸点が最も高い水素化合物の名称を書け。また，その理由を説明せよ。
(2011 新潟大学 医　教育　工　歯　農　理 )



フッ化水素の沸点が他のハロゲン化水素に比べて異常に高い理由を20字以内で書け。
(2009 摂南大学 工)




□問題４
フッ化水素酸は,ポリエチレンやテフロン製の容器に保存しなければならない理由は？


□解答例
フッ化水素酸は,ガラスの主成分である二酸化ケイ素SiO2を溶かす性質があるため。


※補足解説
塩化水素HCl,臭化水素HBr,ヨウ化水素HIの水溶液は,いずれも強酸で,フッ化水素HFのみが弱酸です。
ハロゲン化水素は水によく溶け,フッ化水素,塩化水素,臭化水素,ヨウ化水素の水溶液を,それぞれフッ化水素酸,塩酸,臭化水素酸,ヨウ化水素酸といいます。

また,フッ化水素は,二酸化ケイ素を溶かすので,くもりガラスの製造やガラスの目盛り付けに用いられます。



■実際に出題された問題は下記になります。

フッ化水素はフッ化カルシウム(蛍石)に濃硫酸を混合して加熱すると発生する。フッ化水素酸は弱酸であり，ポリエチレンやテフロン製の容器に保存する。その理由は，「　」である。

問　文章中の「　　」にあてはまる語句はどれか。次の①～④の中から一つ選びなさい。
①　透明な容器に入れると光酸化を受けるため
②　ガラスを腐食するため
③　衝撃を与えると爆発するため
④　急激に結晶化するため
(2011 玉川大学 工　農　一部改)

今日も理由を記述する問題についてです。

■問題
銅の電解製錬において,粗銅中に含まれている鉄,亜鉛,ニッケル,銀,金の不純物はどうなるか？理由とともに答えよ。



□解答例
低電圧で電気分解を行うと,鉄,亜鉛,ニッケルは,銅よりもイオン化傾向の大きいため,溶液中に溶け出し,イオンの状態で存在する。
銀と金は,銅よりもイオン化傾向の小さいため,陽極泥として単体のまま陽極の下に沈殿する。


※補足解説
銅は単体として産出することもありますが,多くは黄銅鉱(主成分CuFeS2)として存在します。
製法は,黄銅鉱を溶鉱炉でコークスC,石灰石(主成分:CaCO3),ケイ砂(主成分:SiO2)とともに強熱すると,銅は硫化物の硫化銅(Ⅰ)Cu2Sになります。

次に,Cu2Sを転炉に移し,酸素を吹き込むと銅は還元されて粗銅が得られます。
この粗銅は純度が99％程度で,まだ不純物を含む為,電解精錬を用いてさらに精製されます。


□電解精錬
厚い粗銅(板)を陽極,薄い純銅(板)を陰極として,硫酸銅(Ⅱ)および硫酸の混合水溶液中で低電圧(0.2～0.5V)で電気分解します。
この低電圧というのがポイントです！
すると,陽極では,極板である銅自身が銅イオン(Ⅱ)Cu2+になって溶け出します。

一方,陰極では,粗銅から溶け出したCu2+や,もともと硫酸銅水溶液に含まれていたCu2+が銅として析出し,陰極の純銅板に付着します。

また,陽極の粗銅板中に含まれる銅よりもイオン化傾向が小さい金Auや銀Agなどはイオン化せずに陽極の下に落ちて沈殿します。
これを陽極泥といい金や銀などの貴金属はここから回収されます。

銅よりもイオン化傾向が大きい鉄Fe,ニッケルNi,亜鉛Zn,鉛Pbなどはイオンとなって溶け出しますが,陰極には析出しません。
しかし,鉛(Ⅱ)イオンPb2+だけは,溶液中の硫酸イオンSO42-と結合し,硫酸鉛PbSO4として陽極泥と一緒に沈殿します。
これらの操作によって,陰極には,99.99％以上の純銅が得られます。


■実際に出題された問題は下記になります。

……(略)……同時に副産物として銀や金も得られる。

問　下線部では，銀や金は電解精錬したときに電解槽のどこに得られるのかを理由とともに述べよ。
(2009 横浜市立大学 医)





■銅の電解精錬では,純銅の薄板を陰極に,不純物を含む粗銅板を陽極に用いて,硫酸酸性の硫酸銅(Ⅱ)水溶液中で電気分解を行う。以下の問いに答えよ。

(ｱ)　電気分解を行うと,陽極付近に沈殿物(陽極泥という)が生成する。粗銅板に不純物として以下の元素が含まれていた。生成した陽極泥に含まれる元素の元素記号をすべて記せ。
〔Ag, Au, Fe, Ni, Zn〕
(ｲ)　陽極泥が生成する理由について,45字以内で述べよ。
(2013 京都産業大学 理　コンピュータ理工　総合生命科)

(ｱ)の解答
Ag,Au



■純度の向上には電解精錬も用いられる。ここでは銅の電解精錬を考える。純度が低い粗銅で構成される陽極(アルミニウム,銀,鉄を含む)と,純銅で構成される陰極とを体積●●Lの硫酸銅(Ⅱ)水溶液に入れて,0.30Vで電気分解を行う。
その結果,陽極の質量は●●g減少して,陰極の質量は●●g増加した。また,水溶液中の硫酸銅(Ⅱ)の濃度は●●減少した。このとき,陽極の下に陽極泥と呼ばれる沈殿が生じた。

問　下線部に関して,陽極泥を構成する金属元素を沈殿した理由とともに記せ。
(2013 東京大学 2/26,前期日程 教養　一部●●等　改訂)




■問１　粗銅に不純物として次の金属が含まれるとき,電解精錬の過程で電極として用いた粗銅の下に沈殿するものをすべて記せ。
白金, 銀, 鉄, 金, ニッケル
問２
問１で沈殿しない不純物の金属は,どのような状態で存在するか。理由とともに60字以内で述べよ。
( 2012 静岡大学 理　工　農 )

問１の解答　白金,銀,金

今日も理由を記述する問題についてです。


□問題１
濃硝酸は褐色ビンにいれて冷暗所で保存する。その理由は？


□解答例
濃硝酸は,光や熱によって二酸化窒素と酸素に分解するため。


※補足解説
硝酸は,工業的にはアンモニアと空気の混合気体を,高温で白金触媒に通して 一酸化窒素とし,これを冷却後,空気中で酸化して温水に通すと得られます。

この方法をオストワルト法(アンモニア酸化法)といいます。
硝酸は,この方法によって大規模に製造され,肥料,染料,医薬品,火薬などの重要な原料となります。

硝酸の重要な性質は,次のようになります。
① 無色・揮発性の液体。
② １価の強酸。
③ 酸化力が強い。
④ Al,Fe,Niは濃硝酸によって不動態となる。
⑤ 濃硝酸は,光や熱によって分解しやすいので,褐色瓶に入れて冷暗所で保存する。



■実際に出題された問題は下記になります。


■硝酸は透明なビンに入れ保管したとき，溶液が徐々に無色から黄褐色に変化するので，褐色ビンに入れて冷暗所に保管する必要がある。

問　下線の理由を述べなさい。
(2010 宮城大学 食産業　一部改)


■……(略)……… 濃硝酸は褐色びんに保存する。
問　下線部の理由を簡潔に説明しなさい。
(2013 福島大学 理工 )



■濃硝酸は褐色ビンにいれて冷暗所で保存する。その理由を20字以内で答えなさい。
(2012 日本大学 文理 )



□問題２
濃硫酸は酸としての性質はきわめて弱く,希硫酸が強酸性を示す理由は？


□解答例
希硫酸は,水を多く含むので電離し,水素イオンを放出するので,強酸性を示す。
一方,濃硫酸は水をほとんど含まないため,電離しにくく酸性は極めて弱くなる。

Point!
希硫酸 → 水を多く含む → 電離して,水素イオを放出 → 強酸性
濃硫酸 → 水をほとんど含まない → 電離しにくい。→ 酸性は極めて弱い。



□問題３
希硫酸を調製する場合,必ず,水をかき混ぜながら,濃硫酸を少しずつ加えなければいけない。その理由は？


□解答例
濃硫酸は溶解熱が非常に大きいため,濃硫酸に少量の水を加えると,溶解熱によって水が突沸し,濃硫酸とともに飛び散り危険なため。




※補足解説

硫酸の工業的製法は,二酸化硫黄を空気と混ぜ,酸化バナジウム(Ⅴ)V2O5の存在下で反応させて得られる三酸化硫黄を濃硫酸に吸収させた後,希硫酸を加えます。
この硫酸の工業的製法を接触法といいます。
濃硫酸とは約90％以上の硫酸水溶液で,水をほとんどない含まない濃硫酸と多量の水に硫酸を溶かした希硫酸とは,性質がかなり異なります。

希硫酸と濃硫酸の性質は,次のようになる。相違点に注意して覚えよう。

■希硫酸の性質
① 強酸性を示す。(水素よりもイオン化傾向の大きい金属(Pbは除く)を溶かす。)
② Ba2+,Ca2+,Pb2+と難溶性の塩を形成する。
　 BaSO4(白色),CaSO4(白色),PbSO4(白色)

■濃硫酸の性質
① 粘度が大きく不揮発性の酸。(分子間で水素結合により強く結合しているため)
② 吸湿性。(酸性の乾燥剤として利用)
③ 脱水作用。(水分子がなくても化合物からHとOHをH2Oの形で奪う)
④ 溶解熱が大きい。(薄めるときは,多量の水に少しずつ濃硫酸を加える)
⑤ 熱濃硫酸は,酸化力が強い。



■実際に出題された問題は下記になります。


■硫酸から希硫酸をつくるには,必ず水に濃硫酸を少しずつかき混ぜながら加えなければならない。
問　下線部ついて,そのようにしなければならない理由を説明せよ。
(2012 島根大学 総合理工 一部改)


■濃硫酸を水で希釈して調製する。そのとき,はかりとった濃硫酸に水を加えてはならない。なぜか説明せよ。
(2013 茨城大学 理　工　農 )


■希硫酸を調製する場合,必ず,水をかき混ぜながら,濃硫酸を少しずつ加える。この操作を逆に行うと危険である。この理由を35字以内で述べなさい。
(2013 金沢大学 理工 )


■濃硫酸は不揮発性で,(d)揮発性の酸の塩とともに過熱すると,揮発性の酸が生成する。(e)濃硫酸は酸としての性質はきわめて弱く,希硫酸は強い酸性を示す。(f)希硫酸をつくるときは,水に濃硫酸を少しずつ加える。
問　下線部(e)の理由を述べよ。
(2012 九州歯科大学 歯　一部改)

今日も理由を記述する問題についてです。


□問題１
ダイヤモンドは電気を通さないが,黒鉛は電気を通す理由は？

□解答例

黒鉛は炭素の４個の価電子のうち１個が平面網目構造の層を自由に移動することができるため。

ダイヤモンドは価電子がすべて共有結合に使われているが,黒鉛では共有結合に使われていない価電子があるため。

ダイヤモンドは炭素原子の４個の価電子をすべて共有結合に使った正四面体型の立体網目構造であるが,黒鉛は３個の価電子を共有結合に使った平面網目構造であり,残り１個の価電子が結晶中の平面内を自由に動き回ることができるため。


□問題２
ダイヤモンドは非常に硬いが,黒鉛はもろい(軟らかい)理由は？

□解答例

黒鉛がもろいのは,平面網目構造の層間が分子間力による弱い結合のため。

ダイヤモンドは,すべての炭素原子は,４個の価電子すべてをつかって４個の炭素原子と非常に強い共有結合を形成するため非常に硬い。
一方,黒鉛は３個の価電子を共有結合に使った平面網目構造であり,平面どうしが弱い分子間力で結びついているため,平面同士がずれやすく軟らかい。



※補足解説
ダイヤモンドは炭素原子が正四面体の中心と各頂点に位置した立体構造となっており,炭素原子の価電子４個すべては原子間の共有結合に使われているので,電気伝導性はありません。
一方,黒鉛は炭素原子が３個の価電子を使い,正六角形の網目状に結合し平面構造をつくっています。この平面が幾つも重なり合った層状の結晶をつくっているのです。このため,炭素原子に残った１個の価電子が,平面構造に沿って移動できるので,黒鉛には電気伝導性があります。

※ダイヤモンドと黒鉛の用途
ダイヤモンドは,宝石として重宝される他に,天然の物質の中で最も硬いことから研磨剤などに用いられています。
黒鉛は,層間は結合力が弱い分子間力によって結合しているため,層状にはがれやすく,鉛筆の芯などに用いられています。

また,炭素の単体には,ダイヤモンド,黒鉛,フラーレン,カーボンナノチューブ,無定形炭素などの同素体があります。

□フラーレン
C60,C70などの分子式をもつ球状の分子。1985年にすすの中から発見され，現在研究が進められている。

□カーボンナノチューブ
黒鉛の層を円筒状に巻いた構造をもつ分子。1991年に日本で発見され,半導体などの電子材料として注目を集めている。

□無定形炭素
黒鉛の微小な結晶が不規則に配列したもの。脱水剤として用いられる活性炭やカーボンブラック・木炭もその一種。




■実際に出題された問題は下記になります。


■ダイヤモンドと黒鉛で,電気を導く性質をもつのはどちらか。その理由も記せ。
(2009 お茶の水女子大学 理 )



■ダイヤモンドや黒鉛のように,原子間の共有結合によって結晶が形成されている。ダイヤモンドと黒鉛は,ともに炭素の単体で互いに同素体の関係にあるが,構造も性質も異なっている。ダイヤモンドは電気を通さないが,b)黒鉛は電気を通す。

問　下線部(b)の理由を説明せよ。
(2009 島根大学 総合理工 一部改 )



■ダイヤモンドの結晶は,各炭素原子に4つの炭素原子が正四面体形に結合した構造になっている。
ダイヤモンドと黒鉛の性質の違いとしては,例えば,(b)ダイヤモンドは非常に硬いが,黒鉛は軟らかくはがれやすい,(c)ダイヤモンドはほとんど電気を通さないが,黒鉛は電気をよく通す,などがある。

問　下線部(b),(c)それぞれについて,ダイヤモンドと黒鉛の性質が違う理由を70字以内で述べよ。
(2010 静岡大学 農　理 )


■a)黒鉛がダイヤモンドとは異なり電気の良導体であることに関係している。
問　下線部a)について,図2に示した構造および炭素の価電子の状態を考慮して,黒鉛が良導体である理由を45字以内で答えよ。
(2010 東北大学 医　工　歯　農　薬　理 )


■炭素の同素体のうち,ダイヤモンドと黒鉛(グラファイト)について,両者の電気伝導性の違いを結晶構造に基づいて,説明しなさい。
(2011 信州大学 農)


■ダイヤモンドと黒鉛について考えよう。両者はどちらも炭素の単体であるが,性質が全く異なる。例えば,ダイヤモンドは非常に硬いが,黒鉛は軟らかい。電気伝導性に関しては,ダイヤモンドは絶縁体であるが,黒鉛は電気伝導体である。

問　ダイヤモンドと黒鉛では,なぜ硬さと電気伝導性に違いが生じるのか。それぞれ理由を説明しなさい。
( 2013 千葉大学 理 )


■ダイヤモンドと黒鉛は,共に多数の炭素原子が共有結合によって結びついた結晶である。ダイヤモンドの結晶は無色で非常に硬く,宝石や研磨剤などに利用されている。一方,黒鉛は光沢のある灰黒色の結晶で,軟らかく電気をよく伝えるため,鉛筆の芯や電極などに使用されている。

問１　黒鉛はダイヤモンドと比べると非常に軟らかい。なぜ黒鉛の結晶は軟らかいのか,その理由を説明せよ。
問２　黒鉛がよく電気を通す理由を説明せよ。
(2012 大阪教育大学 教育　一部改)

今日も理由を記述する問題についてです。


□5種類の金属イオンAl3＋,Ca2＋,Cu2＋,Fe3＋,Zn2＋を含む水溶液について,次の操作を順に行った。

操作1　水溶液に塩酸を加えた。その際,沈殿は生じなかった。

操作2　操作1の水溶液に硫化水素を通じると黒色の沈殿が生じたため,ろ過して沈殿Aとろ液に分離した。

操作3　操作2で得られた①ろ液を煮沸した。次に,②硝酸を加え,さらにアンモニア水を過剰に加えると沈殿が生じたため,ろ過して沈殿Bとろ液に分離した。

操作4　操作3で得られたろ液に硫化水素を通じると白色の沈殿が生じたため,ろ過して沈殿Cとろ液に分離した。

操作5　操作4で得られたろ液を煮沸して硫化水素を除き,炭酸アンモニウム水溶液を加えると白色の沈殿が生じたため,ろ過して沈殿Dとろ液に分離した。

……以下の操作は略……

□問題１
下線部①でろ液を煮沸する理由は？

□解答例

溶液に溶けている未反応の硫化水素を取り除くため。



□問題２
下線部②で硝酸を加える理由は？

□解答例

酸化剤である硝酸を用いて,鉄(Ⅱ)イオンを鉄(Ⅲ)イオンにするため。



※補足解説

上記の操作２で,鉄(Ⅲ)イオンは,硫化水素によって還元されて鉄(Ⅱ)イオンとなっています。
この鉄(Ⅱ)イオンを再び,鉄(Ⅲ)イオンにもどすために,残っている硫化水素を煮沸することによって取り除きます。
そして,酸化剤である硝酸を用いて鉄(Ⅱ)イオンを鉄(Ⅲ)イオンにします。


数種類の未知の金属イオンを含む水溶液から沈殿生成,再溶解反応などを利用することで分離,確認する方法を定性分析といい,古くから確立された一定の手順があります。

入試でよく狙われるイオンについての代表的な手順の一例を示しました。





■実際に出題された問題は下記になります。


■操作に従って,Ca2＋,Fe3＋,Cu2＋,Pb2＋を含む混合水溶液から各イオンを分離して確認した。

問　下線部で,煮沸の操作と硝酸を加える操作を行う理由として正しく記述されているのはどれか。
次の中から正しい組合せを一つ選んで,解答欄の記号にマークしなさい。
煮沸の操作 　　　　　　　　 硝酸を加える操作
塩素を追い出すため　　　 金属イオンの一つを酸化するため
塩素を追い出すため　　　 金属イオンの一つを還元するため
硫化水素を追い出すため　 金属イオンの一つを酸化するため
硫化水素を追い出すため　 金属イオンの一つを還元するため
二酸化炭素を追い出すため 金属イオンの一つを酸化するため
二酸化炭素を追い出すため 金属イオンの一つを還元するため
(2009 東海大学海洋　開発工　健康科　産業工　情報通信　情報理工　生物理工　農 一部改)



■混合水溶液に希塩酸を加えると(1)白色沈殿が生成したので,これをろ過した。ろ紙上の沈殿物を集めて熱水に溶かし,クロム酸カリウム水溶液を加えると(2)黄色沈殿が生じた。ろ液に(3)硫化水素を通じると(4)黒色の沈殿が生成したので,これをろ過した。ろ紙上の沈殿物を集めて,
希硝酸に加熱して溶かした後,アンモニア水を少しずつ加えると,まず(5)青白色の沈殿が生じた。さらに,アンモニア水を加えると沈殿が溶けて深青色の水溶液が生じた。
　(6)ろ液を煮沸した後,(7)希硝酸を加え,アンモニア水を過剰に加えると(8)赤褐色沈殿を生じたので,
これをろ過した。ろ紙上の沈殿物を集めて希硝酸に溶かし,(9)チオシアン酸カリウム水溶液を加えると(10)呈色した。

問6　下線部(6)の操作を行う理由を20字程度で答えなさい。
問7　下線部(7)の操作を行う理由を20字程度で答えなさい。
( 2010 和歌山大学 教育)



■Ag＋,K＋,Ca2＋,Cu2＋,Zn2＋,Al3＋の6種類の金属イオンを含む水溶液がある。これらの金属イオンを分離・確認するために,次の①～⑥の操作を順に行った。

①　6種類の金属イオンを含む水溶液に塩酸を加えたところ,沈殿Aが生じた。
②　沈殿Aをろ過したろ液に硫化水素を通じたところ,沈殿Bが生じた。
③　沈殿Bをろ過したろ液を煮沸した後,この水溶液にアンモニア水を過剰に加えたところ,沈殿Cが生じた。
④　沈殿Cをろ過したろ液に硫化水素を通じたところ,沈殿Dが生じた。
⑤　沈殿Dをろ過したろ液に炭酸アンモニウム水溶液を加えたところ,沈殿Eが生じた。
⑥　沈殿Eをろ過したろ液を白金線に付着させ,ガスバーナーの炎にかざした。

問3　③の操作において,ろ液を煮沸する理由を説明せよ。
(2011 島根大学 総合理工 )


■Na＋,Ca2＋,Fe3＋,Cu2＋,Zn2＋,Ag＋を含む水溶液がある。この水溶液について,a～eの操作を行った。ただし,a～eの操作による溶液の体積は変化しないものとする。

(操作a)　この水溶液25.0mLを正確にはかりとり,これに塩酸を添加したところ,塩化銀の白色沈殿が生成した。この溶液をろ過し,塩化銀とろ液Aを得た。

(操作b)　ろ液Aに硫化水素を十分に吹き込んだところ,黒色の沈殿物Bが生成した。この溶液をろ過し,沈殿物Bとろ液Cを得た。

(操作c)　ろ液Cを煮沸して硫化水素を完全に除いてから①希硝酸を添加し,アンモニア水を過剰に加えたところ,赤褐色の沈殿物Dが生成した。この溶液をろ過し,沈殿物Dとろ液Eを得た。

(操作d)　ろ液Eに硫化水素を十分に吹き込んだところ,白色の沈殿物Fが生成した。この溶液をろ過し,沈殿物Fとろ液Gを得た。

(操作e)　ろ液Gに炭酸アンモニウムを加えたところ,白色の沈殿物Hが生成した。
この溶液をろ過し,沈殿物Hとろ液Iを得た。

問　下線部①で希硝酸を加えるのはなぜか。理由を簡潔に説明しなさい。
(2012 大分大学 教育福祉科 一部改)



■4種の金属イオンを含む水溶液Aに対して,以下のような金属イオンを分離および確認する実験を行った。
なお,水溶液Aに含まれる4種の金属イオンのうち,3種はZn2＋,Al3＋,および,Fe3＋であることが分かっている。

操作1．水溶液Aに希塩酸を加えたが何も変化がなかった。その後,硫化水素を通したところ,黒色沈殿物が析出した。
ろ過することにより,沈殿物Bと,ろ液Cとに分けた。

操作2．沈殿物Bを希硝酸で溶解した後,過剰量のアンモニア水を加えたところ,その溶液は深青色を呈した。

操作3．ろ液Cを加熱することにより硫化水素を除き,(2)希硝酸を加えた後,過剰量のアンモニア水を加えたところ,
沈殿物(混合物)が析出した。ろ過することにより,沈殿物Dと,ろ液Eとに分けた。

操作4．沈殿物Dに過剰量の水酸化ナトリウム水溶液を加えたところ,沈殿物の一部が溶解した。
ろ過することにより,溶解せずに残った赤褐色沈殿物Fと,ろ液Gとに分けた。

問．下線部(2)について,なぜ希硝酸を加えたのか,理由を,句読点を含めて40字以内で記せ。
ただし,元素記号は使わないこと。
(2011 名古屋市立大学 薬 一部改)

今日は塩素の発生実験に関する理由を記述する問題です。


下図に示す塩素の発生実験において



□問題１
洗気瓶①に水を入れる理由は？

□解答例
・塩素中に混じっている塩化水素を取り除くため。
・塩素中に混じっている塩化水素を水に溶解して取り除くため。


□問題２
洗気瓶②に濃硫酸を入れる理由は？

□解答例
・塩素中に混じっている水蒸気を取り除くため。
・濃硫酸は乾燥剤で,塩素中に混じっている水蒸気を取り除くため。


□問題３
下方置換で捕集する理由は？

□解答例
・塩素は水に溶け,空気より重いため。
・塩素は水に溶け,分子量が空気の平均分子量(28.8)より大きく重いため。


□問題４
洗気瓶の水と濃硫酸の順序を逆にできない理由は？

□解答例
水を後にすると,そこから蒸発した水分が塩素と混じってしまうため。


※補足解説

塩素の実験室での製法は,主に
①さらし粉に塩酸を加える方法
CaCl(ClO)・H2O + 2HCl → CaCl2 + 2H2O + Cl2
と
②酸化マンガン(Ⅳ)に濃塩酸を加えて加熱する方法
MnO2 + 4HCl → MnCl2 + 2H2O + Cl2
の２つがあります。
特に,②の実験装置の理由を問う問題は,頻出なのでしっかりおさえましょう。


■実際に出題された過去問題は下記になります。


■単体の塩素は,図(略)に示す装置を用いて,酸化マンガン(Ⅳ)に濃塩酸を加えて加熱し,発生する気体を洗気びんに通して捕集すると得られる。工業的には,塩化ナトリウム水溶液の電気分解によって製造される。
図中の洗気びんⅠおよび洗気びんⅡの液体の名称を書き,それぞれの液体の役割とそれらを用いる理由を述べよ。
(2010 岩手大学 工　農 一部改)


■下図(略)のように塩素ガスを発生させた。以下の設問に答えよ。
(ア)発生したガスを洗気びんAで水に通じるのはなぜか,理由を述べよ。
(イ)洗気びんBで濃硫酸に通じるのは,発生した塩素ガスを乾燥するためである。ところで,一般に乾燥剤として用いられないものを次の中から選び,記号で答えよ。
(a)シリカゲル　　(b)十酸化四リン　　(c)酸化カルシウム　　(d)酸化銅
(2010 熊本大学 理 一部改)

解答　(イ)　(d)


■塩素は種々の化合物をつくるうえで重要な物質であり,工業的には高濃度の食塩水を電気分解して得られる。
実験室においては,②酸化マンガン(Ⅳ)に濃塩酸を加え加熱することで塩素を発生させることができる。

問．下線部②の方法で塩素を発生させるための実験装置(図略)を示した。以下の問いに答えよ。
(1)　フラスコ内で起こる反応の化学反応式を示せ。
(2)　洗気びん1の役割を20字以内で述べよ。
(3)　洗気びん2の役割を20字以内で述べよ。
(4)　図に示した実験装置における塩素の集め方の名称を示し,この方法を用いる理由を20字以内で述べよ。
(2010 横浜国立大学 工 一部改)

解答
(4)　下方置換(法)　理由…塩素は空気より重く,水と反応するため。




■問　下の図(略)は,下線部③の塩素の実験室的製法を表している。これについて,次のに答えなさい。
(1)　この反応の化学反応式を書きなさい。
(2)　図中の 液体1(左の洗気瓶) および 液体2(右の洗気瓶)について,それぞれ物質名を書きなさい。また,それぞれの液体について, その役割を10字以内で述べなさい。
(2013 金沢大学 理工 一部改)



■単体の塩素は,工業的には塩化ナトリウム水溶液の電気分解でつくられるが,(a)実験室では,下の図(略)に示すように,酸化マンガン(Ⅳ)に濃塩酸を加えて加熱することにより発生させることができる。
(2)　図のあ(左の洗気瓶)およびい(右の洗気瓶)を設置する理由を,それぞれ簡潔に記せ。
(3)　図のような捕集方法により塩素を捕集することが適切である理由を簡潔に記せ。
(2013 静岡大学 理　工　農 )



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今日は,無機化合物の沸点・融点に関する理由を記述する問題です。

□問題１
ハロゲンの単体は,原子番号が大きいほど,融点・沸点が高くなる理由は？


□解答例

解答例①(字数小)
分子量が大きくなるとファンデルワースル力(分子間力)が大きくなるため。

解答例②(字数大)
ハロゲンの単体は二原子分子からなるため,分子に極性はなく,分子間にはファンデルワールス力しか働かない。
よって,分子量が大きい分子ほどファンデルワールス力が大きく働くので,融点・沸点が高くなる。


□問題２
15～17族の水素化合物の沸点は,アンモニアNH3,水H2O,フッ化水素HFだけは分子量が小さいのにも関わらず,予想される値よりも極端に高くなる。この理由は？

□解答例

解答例①
アンモニア,水,フッ化水素の分子間に水素結合が形成されるため。

解答例②
分子間で水素結合を形成し,他の水素化合物に比べて極端に分子間力が大きくなるため。


※補足解説

無機化合物の沸点・融点の大きさを判断するときのポイントは,次のようになります。

①分子量
一般に,分子構造が似ている物質の沸点・融点は,分子量が大きくなるほど高くなる。
②分子の極性
無極性分子より極性分子の方がクーロン力が働き,沸点・融点は高くなる。
③水素結合の有無
極性分子の中でも水素結合があれば,沸点・融点はさらに高くなる。


☆ここで,３つの結合について説明します。

分子間に働く力にはいくつかあり,極性分子の間では,極性による電気的な引力がはたらき,この力を極性引力といいます。また,分子中に電気陰性度の大きいF,O,N原子と電気陰性度の小さいH原子が結合すると非常に強い極性を生じます。
そして,負に帯電しているF,O,Nと,他の分子の正に帯電したHとの間とで強く引きつけあいます。この結合を特に水素結合とよんでいます。
しかし,極性をもたない無極性分子でも,瞬間的な電子の偏りにより,弱い力が働きます。
この極性,無極性に関係なくすべての分子間に働く弱い結合をファンデルワールス力といいます。

このように分子間に働く極性引力,水素結合,ファンデルワールス力を合わせて分子間力とよんでいます。そして,これらの結合の強さは,一般的に次のようになります。

★分子間力の強さ
水素結合＞極性引力＞ファンデルワールス力

※１　電気陰性度
異なる原子が共有結合したときに,その原子が共有電子対を引きつける強さを数値化したもの。

※２　水素結合
分子中に電気陰性度の大きいF,O,N原子と電気陰性度の小さいH原子が結合すると非常に強い極性(電荷の偏り)を生じます。この結合で負に帯電したF,O,Nと,他の分子の正に帯電したHとの間で強く引きつけあいます。
この結合を特に水素結合とよんでいます。



☆では,具体的に

□ハロゲンの単体の沸点・融点
ハロゲンの単体の沸点・融点は,原子番号が大きいほど,高くなります。
これは,ハロゲンの単体はいずれも二原子分子からなるため,分子に極性はなく,分子間にはファンデルワールス力(すべての分子間にはたらく弱い引力)しか働きません。よって,分子量が大きい分子ほどファンデルワールス力が大きく働くので,融点・沸点が高くなります。

□水素化合物の沸点
例えば,14族の水素化合物の沸点は分子量が大きくなるほど高くなります。しかし,15～17族の水素化合物の沸点は,アンモニアNH3,水H2O,フッ化水素HFだけは分子量が小さいのにも関わらず,予想される値よりも極端に高くなります。これは,アンモニア,水,フッ化水素の分子間に水素結合が形成されるためです。



実際に出題された過去問題です。


■問　第16族の水素化合物の中で水の沸点は,その分子量から予想される値よりも異常に高い。この理由を15字以内で述べよ。
(2009 明治薬科大学 )




■問　14族では,第2～第5周期の元素の水素化合物の沸点(－161～－52℃)が,周期とともに上昇しほぼ一直線上に並ぶ。15～17族では,第3～第5周期の元素の水素化合物の沸点が14族とほぼ同じようにそれぞれ直線的に上昇するのに対し,「第2周期の元素の水素化合物の沸点だけが異常に高い」ので14族のような直線関係にはならない。下線部分について,その理由を30字以内で記述解答欄に書きなさい。
(2010 昭和薬科大学 薬)


■酸素および硫黄の水素化物は水(H2O)および硫化水素(H2S)である。一般に,分子構造の似ている物質では,分子量が大きいほど沸点が高くなる傾向があるが,
a水の沸点は100℃であり,硫化水素の沸点(－60℃)と比べて異常に高い。
問　下線部aについて,水の沸点が異常に高い理由を説明せよ
(2010 群馬大学 工 )


■アンモニア分子では,窒素原子が持つ５個の価電子のうち３個が,水素原子と共有結合を形成するのに使われ,残りの価電子は非共有電子対を形成している。アンモニア分子は窒素原子と水素原子の間に電荷の偏りがあるうえ,三角錐形をしているため極性分子である。また,(ｱ)アンモニアは,第3および第4周期の同族元素の水素化合物に比べて沸点が高い。
問　下線部(ｱ)の理由を30字以内で記せ。
(2010 静岡県立大学 薬 一部改)


■問　物質の沸点について,以下の(1)に答えよ。
(1)　同族元素の等核二原子分子の沸点を比べると,分子量が大きくなるにつれて沸点は高くなる。その理由を簡潔に述べよ。
(2010 防衛大学校 理工学専攻 一部改)


■……(略)……構造が似た分子では,分子量が大きいほどファンデルワールス力が大きく,沸点が高くなる傾向があるが,分子量が近いF2とHClを比べると,「　①　」の方が沸点が高い。その理由は,「　①　」は分子中に電荷の偏りがある「　②　」分子であり,分子間にクーロン力が強く働くためである。
問　①にあてはまる化学式,②にあてはまる語句を記せ。
(2011 京都産業大学 コンピュータ理工　総合生命科　理 一部改)

□解答
①HCl
②極性


■問　F2,Cl2,Br2,I2を沸点の高い順に並べよ。また,その理由を40字以内で記せ。
(2013 宇都宮大学 工　農)

□解答
問　I2＞Br2＞Cl2＞F2
理由…分子量が大きいほどファンデルワールス力が強くなり,融点や沸点が高くなるため。


■水は硫化水素よりも分子量が小さいにもかかわらず沸点が高い。水の沸点が硫化水素の沸点よりも高い理由を30字以内で記せ。
(2013 大阪市立大学 理　工　医　生活科 )


■ハロゲンの単体は二原子分子からなり,常温でフッ素と塩素は気体,臭素は液体,ヨウ素は固体である。これらハロゲンの二原子分子の沸点を比較してみると,①分子量が大きいほど沸点は高くなる。
問　下線部①の理由を30字以内で説明せよ。
( 2012 静岡県立大学 食品栄養科　一部略)


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今日はトタンとブリキに関する理由を記述する問題です。
トタンとブリキに関する問題は,出題率は非常に高いので確実にマスターしましょう。


□問題１
鉄を亜鉛でめっきしたものは,鉄をスズでめっきしたものより腐食されにくい理由は？

□解答例
亜鉛の方がスズよりもイオン化傾向が大きく酸化されやすいため(陽イオンとなって溶けやすい)。



□問題２
表面に傷がついて鉄が露出したとき,ブリキよりもトタンのほうがさびにくい理由は？

□解答例１
イオン化傾向の大小は亜鉛＞鉄＞スズであり，トタンでは亜鉛，ブリキでは鉄が先に酸化されてしまうから。

□解答例２
トタンの場合,鉄に比べて亜鉛の方がイオン化傾向が大きいため,傷がついても亜鉛が優先的に酸化され,鉄の腐食
が防がれる,ブリキの場合,鉄に比べてスズの方がイオン化傾向が小さいため,傷がつくと鉄が優先的に酸化
(陽イオンとなって溶ける)されてしまうため。



※補足解説
めっきとは,鉄などの金属の表面に,他の金属で覆って表面処理する操作で,めっきによって,腐食を防いだり装飾を施すことができます。
鉄の表面にスズをめっきしたものをブリキ,鉄の表面に亜鉛をめっきしたものをトタンといいます。
ブリキは缶詰の缶や玩具に,トタンは建築資材に用いられています。

問題①，②ともに『イオン化傾向』というのはキーワードを用いて答えることがポイントです。
イオン化傾向とは,金属の単体が水溶液中で電子を放出して陽イオンになろうとする性質で,その順序をイオン化列といい,次のようになります。

K＞Ca＞Na＞Mg＞Al＞Zn＞Fe＞Ni＞Sn＞Pb＞H2＞Cu＞Hg＞Ag＞Pt＞Au

順序は必ず覚えましょうね！
(語呂合わせ暗記法…貸そうかな,まあ,あてにすんな,ひどすぎる借金

貸そう(K) 　か(Ca) 　な(Na)、　ま Mg)　 あ(Al)　 あ(亜鉛:Zn)　 て(鉄:Fe)　 に (Ni)　 すん(Sn)　 な(鉛:Pb)、　ひ(H2)　 ど(銅:Cu) 　す(水銀:Hg)　 ぎる(銀:Ag) 　借(白金:Pt)　 金(金:Au))


☆Point!
イオン化傾向が大きい金属の単体ほど,腐食(＝さびる＝酸化される＝イオンになる)されやすい。


表面に傷がついて鉄が露出したとき,ブリキよりもトタンのほうがさびにくいのは,ト
タンの場合,鉄に比べて亜鉛の方がイオン化傾向が大きいため,傷がついても亜鉛が優先的に酸化され,鉄の腐食が防がれますが,ブリキの場合,鉄に比べてスズの方がイオン化傾向が小さいため,傷がつくと鉄が優先的に酸化(陽イオンとなって溶ける)されてしまうためです。





■下記は実際に出題された過去問題です。



■亜鉛やスズは鋼板のめっきに使用される。亜鉛をめっきした鋼板をトタン,スズをめっきした鋼板をブリキという。
トタンでは表面に傷がつき,鉄が露出しても,亜鉛が内部の鉄の腐食を防止するのに対し,(4)ブリキでは鉄が露出すると,鉄の腐食が促進される。
問　下線部(4)について,内部の鉄の腐食が促進される理由を20字以上30字以内で述べよ。
(北海道大学 医　工　獣医　水産　農　薬　理)

□解答例
スズよりも鉄の方がイオン化されやすく,酸化されやすいため。



■鉄板に亜鉛をめっきしたものがトタン,鉄板にスズをめっきしたものがブリキである。トタンとブリキそれぞれに鉄が露出するような傷を付けた。それぞれの傷をヘキサシアノ鉄(Ⅲ)カリウムと塩化カリウムとの混合水溶液で覆ったところ,一方にのみ濃い青色の物質が生じた。濃い青色の物質が生じたのはトタンとブリキのどちらか,理由とともに記しなさい。
(2009 山形大学 理)

□解答　
ブリキ

理由
トタンの場合,鉄に比べて亜鉛の方がイオン化傾向が大きいため,傷がついても亜鉛が優先的に酸化され,鉄の腐食が防がれる,ブリキの場合,鉄に比べてスズの方がイオン化傾向が小さいため,傷がつくと鉄が優先的に酸化(陽イオンとなって溶ける)されてしまうため。



■鉄はさびやすい欠点をもつが,スズならびに亜鉛をそれぞれメッキしたブリキや(ｳ)トタンが作られており,さびにくくする工夫がされている。さらに,いくつかの金属を添加して合金とし,耐食性を高めたステンレス鋼つくられている。
問　下線部(ｳ)のトタンは鉄よりもさびにくい。その理由を説明せよ。(2011 大阪教育大学 教育１部 )

□解答
上記参照



■問3　鉄のさびを防ぐために,鉄の表面を亜鉛Znでめっきすることがある。鉄の表面を亜鉛でめっきすると,もし表面に傷がつき,下地の鉄が露出しても鉄はさびにくくなる。その理由について,化学的に説明せよ。問4　鉄の表面をスズSnでめっきした場合,表面に傷がつくと,下地の鉄のさびが進行する。その理由について,化学的に説明せよ。
(2011 京都教育大学 教育 )

□解答
上記参照



■トタンがさびにくい理由を,句読点を含めて40字以内で書け。
(2013 早稲田大学 教育)

□解答
上記参照



■金属には，イオン結晶や共有結合の結晶と異なる共通の性質がある。電気や熱をよく導く性質や叩くと薄く広がる展性，引っ張ると長く延(の)びる延性(えんせい)などである。複数の金属を溶かし合わせたものを合金と呼び，もとの金属には見られないすぐれた性質をもつ場合がある。b)アルミニウムや銅を主成分とした合金では，他成分の添加により，さびにくく丈夫な金属材料を得ることができる。c)さびを防ぐもうひとつの方法に別の金属で被覆(ひふく)するメッキがある。

問7　文中の下線部c)に関して，以下の問いに答えよ。
　鉄板に亜鉛をメッキするとトタンに，スズをメッキするとブリキとなり，どちらも鉄板を保護できる。しかし，表面に傷がついて鉄が露出(ろしゅつ)したとき，ブリキよりもトタンのほうがさびにくい。その理由を50字以内で述べよ。
(2011 東北大学 医　工　歯　農　薬　理 )

□解答
上記参照


■トタンは鋼板を亜鉛でめっきしたものであり，ブリキは鋼板をスズでめっきしたものである。トタンとブリキに傷が付いた場合，
どちらが鉄の腐食に対する保護効果が優れているか答えよ。さらに，その理由について記述せよ。
(2013 日本女子大学理 一部改)

□解答
上記参照


■トタンやブリキに，めっきした亜鉛やスズよりも深い傷がついて鋼板がむき出しとなった場合，トタンでは下地の鉄の腐食を防ぐことができるが，ブリキでは防ぐことができない。トタンとブリキのそれぞれについて，その理由を30字以内で述べなさい。
(2013 金沢大学 3/12,後期日程 理工 )

□解答
上記参照


■さびを防ぐためのいくつかの方法が知られており，その一つに，金属の表面を別の金属の薄膜で覆うめっきと呼ばれる方法がある。鉄板の表面に亜鉛をめっきしたものは　(ｲ)　，スズをめっきしたものはブリキと呼ばれる。
問2．　(ｲ)　とブリキに傷を付けて内部の鉄を露出させると，　(ｲ)　の鉄はブリキの鉄に比べてさびにくい。その理由を120字以内で説明せよ。
(2013 岩手大学 工　農 )

□解答
イ…トタン

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今日は,油脂・セッケンに関する理由を記述する問題です。

□問題１
硬水中で,セッケンの洗浄力が低下する理由は？

□解答例
セッケンは硬水に含まれるカルシウムイオンやマグネシウムなどと,水に難溶性の塩を形成して沈澱してしまうため。

□問題２
硬水中で,合成洗剤の洗浄力が低下しない理由は？

□解答例
合成洗剤は,強酸と強塩基からなる塩で,加水分解せず,硬水に含まれるカルシウムイオンやマグネシウムなどと塩を形成しないため。

□問題３
セッケンを水に溶かしたとき,塩基性を示す理由は？

□解答例
セッケンは弱酸と強塩基からなる塩であり,水溶液中で加水分解するため。


□問題４
脂肪をセッケン水に入れて振ると乳濁液になる。乳濁液になる理由は？


□解答例
セッケン分子は疎水基(炭化水素基)と親水基(カルボン酸イオン)の両方をもち,親水基を外側に,疎水基を内側にして,食用油を取り囲み,細かい粒子(ミセル)となって水中に分散するため。


□問題５
セッケンに洗浄作用がある理由は？


□解答例
セッケンは,界面活性作用により,水の表面張力を小さくして,繊維などのすきまに浸透しやすくなる。そして,繊維中や水中の油汚れを取り囲み安定なミセルとして分散するため。


□問題６
セッケンは,絹や羊毛の洗浄には適さない理由は？


□解答例
セッケンの水溶液は弱塩基性で,絹や羊毛などタンパク質からなる繊維は塩基性に弱いため。


※補足解説

油脂は高級脂肪酸とグリセリン(３価アルコール)とのエステルで,次のように反応して得られます。




天然の油脂は,多種類の高級脂肪酸を構成成分とする多種類のグリセリンエステルからなる混合物です。

油脂は,１分子のグリセリンに３分子の高級脂肪酸がエステル結合したエステなので,水酸化ナトリウム水溶液を加えて加熱すると,加水分解し,グリセリンと高級脂肪酸のアルカリ金属塩(これをセッケンという)が生成します。このようにエステルに強塩基(水酸化ナトリウム,水酸化カリウムなど)を加えて加水分解させることをけん化といい,油脂のけん化によって,グリセリンとセッケンが得られます。




セッケン分子は疎水基(炭化水素基)と親水基(カルボン酸イオン)の両方をもち,親水基を外側に,疎水基を内側にして,食用油を取り囲み,細かい粒子(ミセル)となって水中に分散します。



この作用を乳化(作用)といいます。
また,セッケンは水の表面張力を低下させる性質があります。このような性質をもつ物質を界面活性剤といいます。

このように,セッケンが洗浄作用を示す理由は次の２つがポイントとなります。
①界面活性作用により,水の表面張力を小さくして,繊維などのすきまに浸透しやすくなる。
②はがれた油汚れを取り囲み安定なミセルとして水中に分散する。

セッケンは,水に溶けると弱塩基性を示し,カルシウムイオンCa2＋やマグネシウムイオンMg2＋と結合して,水に不溶な塩をつくるため,洗浄力は低下してしまいます。
一方,合成洗剤は,強酸の-SO3Hと強塩基のNaOHからなる塩で加水分解せず,Ca2＋やMg2＋とは塩を形成しないため洗浄力は落ちません。

また,セッケンの水溶液は弱塩基性で,絹や羊毛などタンパク質からなる繊維は塩基性に弱いため,セッケンは,絹や羊毛の洗浄には適しません。


セッケンと合成洗剤についてまとめましたのでしっかりおさえましょう！








☆それでは実際に出題された過去問題を見ていきましょう！


■油脂に(　①　)の水溶液を加えて加熱すると(　②　)と脂肪酸のナトリウム塩が生じる。この反応を(　③　)といい,脂肪酸のナトリウム塩を一般に(　④　)という。(　④　)のように水の表面張力を低下させるはたらきをもつ物質を(　⑤　)という。
アルキル硫酸やアルキルベンゼンスルホン酸の塩は一般に(　⑥　)洗剤と言われる。二重結合をもたない炭素12個の直鎖状アルコールである1-ドデカノールを硫酸で処理すると,硫酸水素ドデシルが生じ,これを(　①　)の水溶液で中和すると炭素12個をもつアルキル硫酸塩が生じる。は細胞やタンパク質を可溶化する(　⑤　)として頻用されている。(　④　)は硬水中では使用できないが,(　⑥　)洗剤は硬水中でも使用できる。

問1　(　①　)～(　⑥　)にあてはまる語句または物質名を記せ。
問2　Ca2＋やMg2＋を含む硬水では(　④　)は使用できない。その理由を25字以内で述べよ。
(2013 昭和大学 医　一部改)

□解答
問1　①…水酸化ナトリウム, ②…グリセリン, ③…けん化, ④…セッケン, ⑤…界面活性剤, ⑥…合成
問2　上記,問題１参照



■食用油やバターは油脂とよばれる成分からできており,①油脂はグリセリンと脂肪酸が反応して生成する。油脂は,グリセリンの[　a　]基と脂肪酸の[　b　]基から水分子がとれた[　c　]である。脂肪酸には炭化水素基が単結合のみで構成される[　d　]と二重結合が1つ以上含まれる[　e　]がある。
この油脂からセッケンをつくることができる。セッケンは汚れを落とす目的で広く用いられる生活用品であり,一般的にはパルミチン酸ナトリウムやステアリン酸ナトリウムなど,炭化水素鎖の比較的長い脂肪酸の[　f　]が用いられる。炭化水素鎖の長い脂肪酸は[　g　]とよばれる。セッケンは炭化水素基が[　h　],イオン部位が[　i　]となっていて,水と油の両方になじむ性質をもつ。セッケンを水に溶かすと,ある濃度以上で多数の分子が集合して水和しやすい構造体をつくる。このような構造体をはじめとする直径1～100nm程度の粒子を総称してコロイド粒子とよぶ。
(１)　[　a　]～[　i　]に適切な語句を記入せよ。
(２)　硬水(Ca2＋やMg2＋が多く含まれる水)中でセッケンの泡立ちが悪くなる理由を述べよ。
(2013 信州大学 理 一部改)

□解答
(１)　a…ヒドロキシ, b…カルボキシ, c…エステル, d…飽和脂肪酸, e…不飽和脂肪酸, f…塩, g…高級脂肪酸, h…疎水基, i…　親水基
(２)　上記,問題１参照



■油脂をけん化して得られるセッケンには洗浄力があるが,硬水中では洗浄力が低下する。長い炭化水素基をもつアルキル硫酸やアルキルベンゼンスルホン酸の塩は合成洗剤と呼ばれ,セッケンと同様に洗浄力があるが,硬水中でも洗浄力が低下しにくい。セッケンと合成洗剤の硬水中における反応の相違点をもとに,硬水中で合成洗剤の洗浄力が低下しにくい理由を説明しなさい。
(2012 南山大学 情報理工 )

□解答
上記,問題１,２参照



■脂肪酸は,脂肪族炭化水素基に　ア　基が1個結合した構造をとっている。ヤシ油などの油脂からは炭素原子の数の多い高級脂肪酸が得られ,脂肪酸の　イ　数が多いものほど融点は高くなり,　イ　数が同じ場合に　ウ　結合の数が多いものほど融点は低くなる。油脂を水酸化ナトリウム水溶液中で加熱すると,けん化が起こって　エ　と脂肪酸のナトリウム塩が生じる。一定質量の油脂をけん化する場合,油脂の分子量が小さいほど必要な水酸化ナトリウムの量は　オ　なる。反応後,(a)塩化ナトリウム飽和水溶液に加えると,塩析によりセッケンが分離する。
セッケンを水に溶かすと,その一部が加水分解されて,水溶液は弱い　カ　性を示す。また,(b)カルシウムイオンなどを多く含む硬水中では,洗浄力が低下する。
問１　　ア　～　カ　に入る適切な語句を記入しなさい。
問２　下線部(b)について,硬水中でセッケンの洗浄力が低下する理由を80字以内で説明しなさい。
(2012 金沢大学 人間社会学域　理工学域　医薬保健学域 一部改)

□解答
問１　ア…カルボキシ, イ…炭素, ウ…二重, エ…グリセリン, オ…多く, カ…塩基
問２　上記,問題１参照



■石けんの洗浄作用は硬水中で低下するのに対し,アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムの洗浄作用は硬水中でも低下しにくい。

問　下線部の理由を説明せよ。
(2012 徳島大学 薬 一部改)

□解答
上記,問題２参照



■セッケンに洗浄作用がある理由を,その化学構造をもとに50字程度で説明しなさい。
(2012 山梨大学 教育人間科　工　生命環境)

□解答
上記,問題５参照



■脂肪をセッケン水に入れて振ると乳濁液になる。乳濁液になる理由を2行以内で説明しなさい。
(2011 聖マリアンナ医科大学 2/1,１次 医 )

□解答
上記,問題４参照



■Ca2＋などの金属イオンを多く含む硬水の中では,セッケンは泡立ちが悪くなり洗浄力が低下するが,合成洗剤の場合には洗浄力の低下は起こらない。この理由を説明せよ。
( 2010 北見工業大学 工 )

□解答
上記,問題１,２参照



■硬水を使用するとセッケンの洗浄力が低下する理由を説明せよ。
( 2009 同志社大学 理工 )

□解答
上記,問題１参照



■問１　セッケンを水に溶かすと酸性,塩基性のどちらを示すか答えなさい。また,その理由も記しなさい。
問２　セッケンの洗浄力は,Ca2＋やMg2＋などを含む硬水中では低下する。その理由を記しなさい。
(2012 京都産業大学　理　一部改)

□解答
問１　塩基性　上記,問題３参照
問２　上記,問題１参照



■硬水を使用するとセッケンの洗浄力が低下する理由を説明せよ。
(2009 同志社大学 理工 )

□解答
上記,問題１参照



■問1　油脂およびセッケンに関する記述として誤りを含むものを,次の①～⑤のうちから一つ選べ。　
①　構成脂肪酸として不飽和脂肪酸を多く含む常温で液体の油脂は,触媒を用いて水素を付加させると,融点が高くなって常温で固体になる。
②　油脂に十分な量の水酸化ナトリウム水溶液を加えて加熱すると,グリセリンと脂肪酸ナトリウムが生成する。
③　セッケンを水に溶かすと,その水溶液は弱酸性を示す。
④　セッケン水に食用油を加えてよく振り混ぜると,乳化する。
⑤　セッケン水に塩化カルシウム水溶液を加えると,沈殿が生じる。
(2010 大学入試センター 本試験 化学Ⅰ)

□解答
問1　③



■油脂をけん化して得られる　27　は　28　性部分の炭化水素基と　29　性のイオン部分からなる　30　のナトリウム塩である。水中でその一部が　31　して弱　32　性を示す。　27　は硬水や海水中ではCa2＋や　33　と結合し水に不溶性の塩を作るので使用できない。この点を改良したのが合成洗剤である。合成洗剤には　34　のナトリウム塩や,高級　35　の硫酸エステルのナトリウム塩などがある。

[語群]　
①　アルコール, ②　セッケン, ③　加水分解, ④　乳化, ⑤　塩基, ⑥　アルキルベンゼンスルホン酸, ⑦　親水, ⑧　脂肪酸, ⑨　Mg2＋, ⑩疎水　
(2010 関東学院大学 人間環境)

□解答
27…②, 28…⑩, 29…⑦, 30…⑧, 31…③, 32…⑤, 33…⑨, 34…⑥, 35…①


　
■セッケンと中性洗剤に関する次の記述①～⑩のうち,正しいものを5つ選べ。
①　一つの分子中に,親水性部分と疎水性(親油性)部分の構造をあわせもち,水の表面張力を下げる性質を示す化合物は,一般に界面活性剤とよばれる。
②　油脂を完全に加水分解すると,高級脂肪酸と1,2-エタンジオール(エチレングリコール)が得られる。
③　高級脂肪酸のナトリウム塩は,水に溶けて弱酸性を示し,セッケンとして利用されている。
④　高級アルコールと硫酸が物質量比1：1で脱水縮合した化合物は,硫酸水素エステルとよばれ,このナトリウム塩の水溶液は中性を示すので中性洗剤とよばれる。
⑤　セッケンが硬水中で洗浄力を失うのは,カルシウムイオンCa2＋やマグネシウムイオンMg2＋と水に難溶性の塩を形成しやすいためである。
⑥　中性洗剤は,硬水中で難溶性の塩を作りやすい。
⑦　セッケンの分子は,水中で疎水性(親油性)部分を内側に向けて集合することがあり,その分子集合体はミセルとよばれる。
⑧　セッケン分子が溶けている水溶液に,少量の油脂を加えて振り混ぜると,油脂はミセルの中に取り込まれて水中に分散する。この現象は乳化とよばれる。
⑨　中性洗剤の水溶液に希塩酸を加えると白濁する。
⑩　セッケンの水溶液に希塩酸を加えても白濁しない。
(2009 北里大学 理　海洋生命科 一部改)

□解答
①④⑤⑦⑧

※解説
石けんは脂肪酸ナトリウムで弱酸の塩で,中性洗剤(例えば,アルキルベンゼンスルホン酸のナトリウム塩）は強酸の塩です。
石けんのような弱酸の塩に,塩酸のような強酸を加えると,「弱酸の遊離反応」により強酸の塩と弱酸になります。つまり,脂肪酸が遊離し白濁するのです。
一方,中性洗剤のような強酸の塩に強酸を加えても反応は起こらないため白濁はしません。



■セッケンは,親水性の官能基として[　い　]を有する。一方,合成洗剤では親水基として[　う　]のような官能基が使われている。

□解答
い…カルボキシ基
う…スルホ基
(2009 慶應義塾大学 看護医療)



■高級脂肪酸のナトリウム塩であるセッケンに関する記述として,誤っているものの組合せを下の①～⑥のうちから一つ選べ。　
a　セッケンは,水の中に入り込みやすい性質(親水性)のイオンの部分と,水と分離しやすい性質(疎水性)の炭化水素基とからできている。
b　セッケンを水に溶かすと,弱酸性を示す。
c　油脂をセッケン水に加えると,油脂はセッケンの親水性部分に囲まれ,細かい粒子となって水の中に分散する。
d　セッケンはMg2＋やCa2＋と反応して水に不溶な塩をつくるため,硬水や海水を用いるとセッケンの洗浄力は低下する。
①　a・b ②　a・c ③　a・d ④　b・c ⑤　b・d ⑥　c・d
(2012 成蹊大学 理工 )

□解答
③



■古代ローマ時代から使われているセッケンは,現在でも私達の毎日の生活を快適に営むために必要な物質の一つである。セッケンの洗浄作用は,その分子内にある親油性の長鎖アルキル基と親水性の　(ｱ)　が共存しているためである。しかし,セッケンの欠点の一つは　(ｲ)　などのイオン成分の多い硬水中では,生成する塩が水に不溶であるために役立たなくなることである。また,セッケンはその分子構造から分かるように,　(ｳ)　性を示すため羊毛や絹などのタンパク質繊維を変性してしまう。

A欄　
01　－OH　　02　－COOH　　03　－COO－Na＋　　04　－NH2　　05　－(OCH2CH2)n－OH　06　K＋　　07　Ca2＋　　08　Li＋ 09　Cl－　　10　F－　　11　弱アルカリ　　12　強アルカリ　　13　弱　酸　　14　強　酸　　15　中　
(2012 東京理科大学 理工 )

□解答
(ｱ)　03 (ｲ)　07 (ｳ)　　


Ⅰ　
■油脂は,グリセリン(組成式：C3H8O3)1分子と脂肪酸3分子が(　ア　)してできたエステルである。油脂の性質は結合している脂肪酸の種類によって異なる。
　牛脂のように室温で固体の油脂を(　イ　),オリブ油のように室温で液体の油脂を(　ウ　)という。(　イ　)を構成している脂肪酸は飽和脂肪酸が多く,(　ウ　)には不飽和脂肪酸が多く含まれている。(A)油脂を水酸化ナトリウムの水溶液中でけん化すると,セッケンがえられる。セッケンは分子内に疎水性の部分と(　エ　)の部分をもっており,水に溶けると(　エ　)の部分を外側にした粒子状の集合体をつくる。これを(　オ　)とよんでいる。セッケン分子は,その疎水性の部分が繊維などの汚れ(油分)を取り囲み,油を油滴にして分散させることができる。このような作用を(　カ　)作用といい,セッケンが洗浄作用を示すのは,主にこの(　カ　)作用のためである。ところが,ある種の陽イオンを多く含む硬水を使用すると,セッケンの洗浄力は著しく低下する。この点を改善するために,硬水中でも使用可能な合成洗剤が開発された。

(１)　文中の空欄(　ア　)～(　ク　)に最も適する語句を記入せよ。
(２)　硬水を使用するとセッケンの洗浄力が低下する理由を説明せよ。
(2009 同志社大学 理工 一部改)

□解答
(１)　ア　縮合　　イ　脂肪　　ウ　脂肪油　　エ　親水性　　オ　ミセル　　カ　乳化　　キ　テレフタル酸　　ク　エチレングリコール
(２）上記問題１参照



■油脂およびセッケンに関する次の記述で,正しいものの組合せは　Ⅵ5　である。
(a)　油脂や石油をセッケン水に入れて振ったときに,微細な小滴となり分散する現象を乳化という。
(b)　セッケン水溶液中で形成されるミセルは,正の電気をもつ。
(c)　不飽和度が大きい油脂は,常温で固体である。
(d)　セッケンは,Ca2＋やMg2＋を多く含む硬水中では難溶性の塩をつくるので使用できない。
(e)　油脂を加水分解すると,脂肪酸とエチレングリコールが生成する。

　Ⅵ5　　
①　(a),(b) ②　(a),(c) ③　(a),(d) ④　(a),(e) ⑤　(b),(c) ⑥　(b),(d) ⑦　(b),(e) ⑧　(c),(d) ⑨(c),(e) ⑩　(d),(e)
(2010 日本大学 理工 )

□解答
③



■洗濯用洗剤にはセッケンなどの界面活性剤と加水分解酵素が含まれるものがある。セッケンには,その分子中に水になじみやすい親水性部分と油になじみやすい　29　性部分の両方がある。そのためセッケン水に油を少量加えて激しくかき混ぜると,油がセッケンに取り囲まれて水の中に分散する。このような現象を　30　という。
　油脂に水酸化ナトリウム水溶液を加えて加熱すると,けん化が起こり　31　とセッケンの混合物が得られる。けん化は合成繊維の　32　の合成にも利用できる。

30のの解答群
A　吸水　　B　疎水　　C　水和　　D　消化　　E　乳化　　F　凝析　　G　塩析

31と3　の解答群　
A　ビニロン B　カゼイン C　グリセリン D　グリコーゲン E　ナイロン F　ポリエステル G　アクリル H　ポリオレフィン
(2013 明治大学 法　政治経済　文　理工　農　情報コミュニケーション　国際日本　総合数理)

□解答
(30)　E
(31)　C



■油脂は高級脂肪酸R－COOHとグリセリンC3H5(OH)3のエステルである。油脂に水酸化ナトリウム水溶液を加えて加熱し,けん化するとセッケンができる。セッケンは弱酸と強塩基が中和して生成した塩とみなすことができ,水溶液は(　ア　)を示す。
セッケン分子は,疎水性の炭化水素基(R)と親水性のカルボン酸イオンからなり,水中では(　イ　)を内側に,(　ウ　)を外側に向けて(　エ　)を形成し,これが水中に分散している。繊維に付着した汚れ(油脂)を水で洗い落とすことは難しい。しかし,セッケンを加えると,多数のセッケン分子の炭化水素基が汚れに付着して,セッケン分子が表面を取り囲むため,汚れ(油脂)が水中に分散する。セッケンのこのような働きを(　オ　)と呼ぶ。
問1　(　ア　)～(　オ　)に挿入すべき適当な語句を以下から選び記号で答えよ。
A)　炭化水素基 B)　塩基性 C)　酸　性 D)　中　性 E)　ミセル F)　カルボン酸イオン G)　乳化作用 H)　水　和 I)　分散 コロイド J)　ポリマー K)　同化作用
(2010 名城大学 理工 )

□解答
ア……B,　イ……A,　ウ……F,　エ……E,　オ……G



■油脂に水酸化ナトリウム水溶液を加えて加熱すると,油脂はけん化されて　a　と高級脂肪酸のナトリウム塩であるセッケンとなる。セッケンは,　A　と　B　の塩であるため,その水溶液は　C　性を示す。セッケン水溶液の表面では,セッケン分子は疎水基の部分を空気中に,親水基の部分を水中に向けて配列する。さらに,水溶液中では疎水基を内側に親水基を外側に向けて球状に集合し,　b　と呼ばれる粒子を形成する。このようなセッケン分子は　c　と呼ばれ,水の表面張力を著しく小さくする働きをもつ。アルキル硫酸やアルキルベンゼンスルホン酸のナトリウム塩は,セッケンと似た作用があり,合成洗剤と呼ばれる。これらの合成洗剤は,いずれも　D　と　B　の塩であるため,その水溶液は中性を示す。

(1)　文中の　a　～　b　に適切な語句を記せ。
(2)　文中の　A　～　D　に適切な語句を以下のｱ)～ｴ)の中から選び,その記号を記せ。
ｱ)　弱　酸 ｲ)　弱塩基 ｳ)　強　酸 ｴ)　強塩基
(2010 名城大学 2/2,Ａ方式 農)

□解答
(１)　a……グリセリン,　b……ミセル
(２)　A……ｴ),　B……ｱ),　C……ｲ)



■同一分子内に疎水基と親水基をもつ有機化合物は,それぞれの特性を生かすことにより,有用な物質として利用されている。
　油脂に水酸化ナトリウム水容液を加えて加熱すると,油脂は　あ　されて脂肪酸ナトリウムとグリセリンになり,脂肪酸ナトリウムはセッケンとして古くから使われてきた。1-ドデカノール(1)に濃硫酸を作用させ　い　すると硫酸水素ドデシル　X　が生成する。これを水酸化ナトリウムにより　う　すると合成洗剤となる。セッケンと合成洗剤は,親水基と疎水基の特性により水中では細かく分散した球形の　ア　を形成し,その疎水部分は水に混じらない油脂を取り込み,細かい粒子になって水中に分散する。この　イ　作用が洗浄効果をもたらしている。
〔1〕　文章中の　あ　～　お　について,最も適当な語句を下の選択肢の中から選び,その番号をマークせよ。
①　酸化 ②　還元 ③　置換 ④　けん化　⑤　中和 ⑥　縮合重合 ⑦　付加重合⑧　開環重合　ニトロ化 ⑩　エステル化 ⑪　水素結合 ⑫　イオン結合
〔2〕　文章中の　ア　～　ウ　について,最も適当な語句を　　　内にそれぞれ記入せよ。
(2009 立命館大学 薬　情報理工　生命科　文理総合インスティテュート(理工)　理工 )


□解答
〔1〕　あ　④,　　い　⑩,　　う　⑤,　　え　⑦,　　お　⑪
〔2〕　ア　ミセル,　イ　乳化,　ウ　スルホ



■脂肪酸は,脂肪族炭化水素基に　ア　基が1個結合した構造をとっている。ヤシ油などの油脂からは炭素原子の数の多い高級脂肪酸が得られ,脂肪酸の　イ　数が多いものほど融点は高くなり,　イ　数が同じ場合に　ウ　結合の数が多いものほど融点は低くなる。油脂を水酸化ナトリウム水溶液中で加熱すると,けん化が起こって　エ　と脂肪酸のナトリウム塩が生じる。一定質量の油脂をけん化する場合,油脂の分子量が小さいほど必要な水酸化ナトリウムの量は　オ　なる。反応後,(a)塩化ナトリウム飽和水溶液に加えると,塩析によりセッケンが分離する。　セッケンを水に溶かすと,その一部が加水分解されて,水溶液は弱い　カ　性を示す。また,(b)カルシウムイオンなどを多く含む硬水中では,洗浄力が低下する。

問１　ア　～　カ　に入る適切な語句を記入しなさい。
問２　下線部(b)について,硬水中でセッケンの洗浄力が低下する理由を80字以内で説明しなさい。
( 2012 金沢大学 人間社会学域　理工学域　医薬保健学域 )


□解答
問１ ア…カルボキシル, イ…炭素, ウ…二重, エ…グリセリン, オ…多く, カ…塩基



■セッケンは高級脂肪酸のナトリウム塩である。(a)油脂に水酸化ナトリウム水溶液を加え加熱してけん化した液に,多量の塩化ナトリウムを加えると,セッケンが分離する。セッケン製造に用いられる水酸化ナトリウムは,現在では,陽イオン交換膜を用いた塩化ナトリウム水溶液の電気分解でおもに製造されているが,かつては(b)アンモニアソーダ法で製造される炭酸ナトリウムを原料として製造されていた。セッケンは　ア　性の炭化水素基と　イ　性の原子団からできており,水に溶かしてある濃度以上になると,　ア　性部分を内側に,　イ　性部分を外側にして集合し,　ウ　と呼ばれるコロイド粒子を形成する。食器などに付着した油汚れは水だけでは洗浄できないが,セッケンを加えると　エ　が起こり,油汚れは水中に分散されるため,洗浄することができる。(c)セッケンは水溶液中では一部が加水分解するため　オ　性を示す。(d)セッケンの水溶液に少量の塩化カルシウムを加えると泡立ちにくくなり,白い不溶物が生じて洗浄力が落ちる。セッケンと同じように洗浄力を示すものに,アルキル硫酸ナトリウムやアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムを用いた合成洗剤がある。これらの合成洗剤はセッケンとは異なり,(e)水溶液中で　カ　性を示し,塩化カルシウムを加えても洗浄力は失われない。これは合成洗剤が　キ　のナトリウム塩であるからである。

問１．文中の　ア　～　エ　に適切な語句を入れよ。
問２．下線部(c)に関して,　オ　に適切な語句を下の(A)～(E)から選び,記号で答えよ。
(A)　強　酸 (B)　弱　酸 (C)　中 (D)　強塩基 (E)　弱塩基
問３．下線部(e)に関して,　カ　,　キ　に適切な語句を下の(A)～(E)から選び,記号で答えよ。
(A)　強　酸 (B)　弱　酸 (C)　中 (D)　強塩基 (E)　弱塩基
(2013 岐阜大学 教育　医　工　応用生物科)

□解答
問１． ア…親油（疎水）, イ…親水, ウ…ミセル, エ…乳化
問２． (E)
問３． カ…(C),　キ…(A)


■油脂は,高級脂肪酸とグリセリンとのエステルであり,動植物の体内に広く存在する。構成する脂肪酸中に(　a　)の割合が多いものは,融点が低く室温で液体であることが多い。一般に,室温で液体の油脂を(　b　)とよぶ。(　b　)に,ニッケルを触媒として(　c　)を付加すると,融点が高くなり固体となる。高級脂肪酸のナトリウム塩を一般にセッケンとよび,水溶液中では一部が加水分解して(　d　)を示す。セッケンを水に溶かすと,疎水性部分を内側に,親水性部分を外側にして会合して粒子をつくる。この粒子を(　e　)という。油は水と混ざらないが,セッケン水を加えると,油はセッケンの疎水性部分に囲まれて,微粒子となって分散する。この現象を(　f　)という。この作用によって油汚れなどを落とすことができる。一方,アルキル硫酸ナトリウムやアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどは(　g　)と呼ばれている。(　g　)はセッケンと同様に,疎水性部分と親水性部分をもつが,強酸と強塩基の塩であるため,その水溶液は(　h　)である。

問　文章中の(　a　)～(　h　)にあてはまる最も適切な語句を,下記の語群の中から選び記号で答えよ。
(あ)　強酸性 (い)　弱酸性 (う)　中性 (え)　弱塩基性(お)　強塩基性 (か)　水素 (き)　酸素 (く)　ゲル(け) ミセル (こ)　エステル (さ)　チンダル現象 (し)　乳化(す)　硬化油 (せ)　脂肪油 (そ) 合成洗剤 (た)　乾性油(ち)　飽和脂肪酸 (つ)　不飽和脂肪酸 (て)　アゾ化合物
(2010 九州工業大学 工　情報工)

□解答　
問　a…(つ), b…(せ), c…(か), d…(え), e…(け), f…(し), g…(そ), h…(う)　



■食用油やバターは油脂とよばれる成分からできており,①油脂はグリセリンと脂肪酸が反応して生成する。油脂は,グリセリンの[　a　]基と脂肪酸の[　b　]基から水分子がとれた[　c　]である。脂肪酸には炭化水素基が単結合のみで構成される[　d　]と二重結合が1つ以上含まれる[　e　]がある。
　この油脂からセッケンをつくることができる。②セッケンは汚れを落とす目的で広く用いられる生活用品であり,一般的にはパルミチン酸ナトリウムやステアリン酸ナトリウムなど,炭化水素鎖の比較的長い脂肪酸の[　f　]が用いられる。炭化水素鎖の長い脂肪酸は[　g　]とよばれる。
セッケンは炭化水素基が[　h　],イオン部位が[　i　]となっていて,③水と油の両方になじむ性質をもつ。セッケンを水に溶かすと,④ある濃度以上で多数の分子が集合して水和しやすい構造体をつくる。このような構造体をはじめとする直径1～100nm程度の粒子を総称してコロイド粒子とよぶ。コロイド粒子が関係する現象としては⑤チンダル現象が有名である。
　実際にセッケンをつくってみよう。⑥油脂と水酸化ナトリウムを加熱しながら混合すると,脂肪酸の[　f　]が生成するが,そのままでは固体としては得られない。⑦多量の電解質を加えれば,白色の沈殿としてセッケンをつくることができる。

(2)　[　a　]～[　i　]に適切な語句を記入せよ。
(3)　下線部②について,セッケンが汚れを落とすしくみを簡潔に述べよ。
(4)　下線部③の性質をもつ物質の総称を答えよ。
(5)　硬水(Ca2＋やMg2＋が多く含まれる水)中でセッケンの泡立ちが悪くなる理由を述べよ。
(2013 信州大学 2/25,前期日程 理 一部改)

□解答
(2)　a…ヒドロキシ, b…カルボキシ, c…エステル, d…飽和脂肪酸, e…不飽和脂肪酸, f…塩, g…高級脂肪酸, h…疎水基, i…親水基
(4)　界面活性剤
(5)　上記,問題１参照


■パルミチン酸のみからなるトリグリセリドを水酸化カリウムの水溶液でけん化したときに得られるセッケンの水溶液に少量の油を入れてよく振ると,水と油が混じりあった乳濁液が得られる。その理由を50字以上70字以内で説明しなさい。
(2010 東京農工大学 工 一部改)

□解答
上記問題４参照



■セッケンや合成洗剤は,分子内に水になじみにくく油になじみやすい　ア　基と,水になじみやすく油になじみにくい　イ　基をあわせもつ。セッケンや合成洗剤のように　ア　基と　イ　基をあわせもつ化合物を　ウ　とよぶ。　ウ　は,　イ　基の性質により,陰イオン性,陽イオン性,両性,非イオン性の4つの種類に分類される。セッケンは,動植物からとれる油脂を水酸化ナトリウムのような強アルカリ性物質で　エ　することでつくられる。この操作をけん化という。セッケンをはじめとする多くの　ウ　は,洗剤として衣類や食器などの油汚れを洗浄する目的に用いられる。濃いセッケン水では,セッケン粒子は　ア　基部分を内側に,　イ　基部分を表面に配列して球状の　オ　となる。衣類の油汚れは,セッケン粒子の　ア　基部分によって取り囲まれ,水中に分散する。このような現象を　カ　という。
(文章Ⅱ)　
セッケンまたは合成洗剤が入った無色透明の水溶液をそれぞれ別の試験管に用意した。一方の試験管にフェノールフタレイン溶液を加えると,溶液は無色透明のままであった。他方の試験管にフェノールフタレイン溶液を加えると,溶液は赤色を呈した。

文章Ⅰ中の　ア　～　カ　に適切な語句を記入せよ。
(2010 長崎大学 医　教育　工　歯　水産　薬　環境科 )

□解答
ア…親油 [疎水], イ…親水, ウ…界面活性剤, エ…加水分解, オ…ミセル, カ…乳化



■脂肪酸のナトリウム塩はセッケンである。セッケンは水に溶けない油汚れをとることができる。その原理を下のキーワードのうち適切なものを使って50字以内で説明せよ。

キーワード：加水分解・縮合・触媒・硬水・親水基・けん化・乳濁液・不飽和
(2009 北海道大学 医　工　獣医　水産　農　薬　理)

□解答
セッケンは疎水基を内側に,親水基を外側に向けて油汚れを包囲して乳濁液を作るため,油汚れを水に溶かす。



■油脂Aに水酸化ナトリウムを加えて加熱すると,グリセリンの他に2種類のセッケンが生じた(a)。得られたセッケンは,ステアリン酸ナトリウム(C17H35COONa)とリノール酸ナトリウム(C17H31COONa)であり,その物質量の比は1：2であった。

(１)　これらのセッケンを水に溶かすと酸性,塩基性のどちらを示すか答えなさい。また,その理由も記しなさい。
(２)　セッケンの洗浄力は,Ca2＋やMg2＋などを含む硬水中では低下する。その理由を記しなさい。
(2009 山形大学 理 )

□解答
(１)　塩基性
(２)　上記問題１参照



■……略……カルボン酸は①アルコールと反応して水分子がとれて結合し,エステルを生成する。エステルは少量の酸を加えて加熱すると加水分解してアルコールとカルボン酸を生じる。少量の酸にかわり②強塩基との反応による加水分解は,セッケンの合成に利用される反応である。セッケンは炭素数の多いカルボン酸の性質をたくみに活かして,水に溶けにくい油汚れを落とすことができる。しかし,③セッケンは硬水中ではその働きが低下する。

問．下線部③の理由を20字以内で答えよ。
(2010 横浜国立大学 工 )

□解答
問　上記問題1
参照。


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今日は,タンパク質・アミノ酸の検出反応についてです。

タンパク質・アミノ酸の検出には主に次の４つがあります。

■ニンヒドリン反応
アミノ酸またはタンパク質にニンヒドリン水溶液を加えて温めると,青紫～赤紫色に呈色します。
この反応をニンヒドリン反応といいます。

★理由……残存アミノ基とニンヒドリンとの反応による。
※ニンヒドリンについては覚える必要はありません。


■キサントプロテイン反応
タンパク質水溶液に濃硝酸を加えて熱すると黄色になり，さらにアンモニア水を加えて塩基性にすると橙黄色に呈色します。
この反応をキサントプロテイン反応といいます。
一般に,タンパク質の検出に用いられます。

★理由……タンパク質を構成するアミノ酸中のベンゼン環がニトロ化されるため。
ベンゼン環をもつアミノ酸も陽性を示すことに注意しましょう！


■ビウレット反応
タンパク質水溶液にNaOH水溶液を加えたあとに,硫酸銅(Ⅱ)CuSO4水溶液を加えると赤紫色に呈色します。
この反応をビウレット反応といいます。
一般に,タンパク質の検出に用いられます。

★理由……２つのペプチド結合が銅(Ⅱ)イオンに配位して錯イオンを形成するため。
２個以上のペプチド結合をもたないアミノ酸は陽性を示さないことに注意しましょう！



■硫黄の検出
S原子を含むタンパク質水溶液にNaOH水溶液を加えて加熱し,酸で中和した後,酢酸鉛(Ⅱ)Pb(CH3COO)2の水溶液を加えると,酢酸鉛PbSが黒色沈殿します。
この反応は,タンパク質中の硫黄の検出に用いられます。


次の過去問を見れば明らかですが,キサントプロテイン反応とビウレット反応の２つに関する問題が圧倒的に多く出題されています。

それでは過去問をみていきましょう!




■実験１　ペプチドP1,ペプチドP2,ペプチドP3,ペプチドP4それぞれの水溶液に水酸化ナトリウムの固体を加えて加熱した。酢酸で中和した後に酢酸鉛(Ⅱ)水溶液を加えたところ,ペプチドP1およびペプチドP4では　ア　沈殿を生じたが,ペプチドP2およびペプチドP3では生じなかった。

実験１で行ったアミノ酸の検出法の名前と　ア　に入る語句の組み合わせとして最も適切なものはどれか。

　　検出法の名前　　　　 ア　
① ビウレット反応　 赤紫色
② ビウレット反応　 橙黄色
③ ビウレット反応　 黒色
④ 硫黄の検出　　 赤紫色
⑤ 硫黄の検出　 橙黄色
⑥ 硫黄の検出　 黒色
⑦ キサントプロテイン反応　赤紫色
⑧ キサントプロテイン反応　橙黄色
⑨ キサントプロテイン反応　黒色
(2013 北里大学 薬)

□解答
⑥




■タンパク質はさまざまな試薬によって呈色反応を示すが,その呈色反応としては,(a)キサントプロテイン反応やビウレット反応がある。また,ある元素を含むタンパク質を検出する反応として,タンパク質の水溶液に水酸化ナトリウムを加えて加熱し,酸を加えて中和後,酢酸鉛(Ⅱ)水溶液を加えることで黒色の硫化鉛(Ⅱ)を沈殿させる方法がある。

問　下線部(a)について,キサントプロテイン反応ではチロシンやトリプトファン中のベンゼン環に置換反応がおこって呈色する。その置換反応名を記せ。
(2009 京都薬科大学 薬 )

□解答
ニトロ化




■次のタンパク質に関する記述のうち,正しいもののみをすべて含む組み合わせはどれか。

(a)　加熱や酸などによりタンパク質のアミノ酸配列が変化して,その結果タンパク質の性質が変わることを変性という。
(b)　タンパク質中のα-ヘリックスなどの二次構造は,タンパク質分子内の異なるペプチド結合間の水素結合により安定に保たれている。
(c)　グリシン,グルタミン酸,メチオニン,リシンの4種類のアミノ酸から構成されるタンパク質は,キサントプロテイン反応が陽性である。
(d)　ビウレット反応は,ペプチド結合を2つ以上もつポリペプチドで見られる。

(1)　[(a),(b)]　(2)　[(a),(c)]　(3)　[(a),(d)]　(4)　[(b),(c)]　(5)　[(b),(d)]　(6)　[(c),(d)]
(2013 神戸薬科大学 薬)

□解答
(5)　[(b),(d)]

※(c)　グリシン,グルタミン酸,メチオニン,リシンはベンゼン環をもたないので,キサントプロテイン反応では陽性を示さない。


■1～4から適する数字を選びなさい。
システイン,チロシン,フェニルアラニンおよびリシンのなかで,キサントプロテイン反応に陽性を示すアミノ酸は{1　1つ　2　2つ　3　3つ　4　4つ}ある。
(2010 東京理科大学 理工)

□解答
2つ

※チロシンとフェニルアラニンはいずれもベンゼン環をもちます。



■
実験1　ペプチドYの水溶液とペプチドZの水溶液に(a)水酸化ナトリウム水溶液を加えた後,硫酸銅(Ⅱ)水溶液を滴下して観察したところ,ペプチドZの水溶液のみが紫色を呈した。

実験2　ペプチドYの水溶液とペプチドZの水溶液に(b)水酸化ナトリウム水溶液を加えて加熱した後,酢酸鉛水溶液を滴下して観察したところ,ペプチドYの水溶液のみに黒色沈殿が生じた。

実験3　ペプチドYの水溶液とペプチドZの水溶液に(c)濃硝酸を滴下して加熱し,さらにアンモニア水を加えて塩基性にして起こる変化を観察したところ,ペプチドYとペプチドZの両方の水溶液がともに黄色になってから橙黄色になる呈色反応を示した。

(1)　下線部(a)～(c)の反応名の組み合わせとして最も適切なものを,次の①～⑧のうちから一つ選びなさい。

　 (a) 　(b)　　 　(c)
① キサントプロテイン反応 ニンヒドリン反応　 　ビウレット反応
② ニンヒドリン反応　 硫黄の検出反応　 　 ビウレット反応
③ 硫黄の検出反応 　キサントプロテイン反応　　ニンヒドリン反応
④ ビウレット反応　 硫黄の検出反応　 　キサントプロテイン反応
⑤ ニンヒドリン反応　 ビウレット反応　 　硫黄の検出反応
⑥ 硫黄の検出反応　 ニンヒドリン反応　 　キサントプロテイン反応
⑦ ビウレット反応　 キサントプロテイン反応　　硫黄の検出反応
⑧ キサントプロテイン反応 ビウレット反応　 　ニンヒドリン反応
(2013 獨協医科大学 医)

□解答
④




■タンパク質とアミノ酸に関する次の記述のうち,正しいものを選べ。　　

①　タンパク質の水溶液はすべて,水酸化ナトリウム水溶液を加えて塩基性にし,硫酸銅(Ⅱ)水溶液を加えると,赤紫～青紫色を呈する。
②　すべてのタンパク質は酵素である。
③　すべてのタンパク質は,加水分解するとα-アミノ酸だけを生じる。
④　α-アミノ酸は水には溶けにくいが,有機溶媒には易溶である。
⑤　アラニン,グリシン,グルタミン酸からなるトリペプチドは,キサントプロテイン反応で黄色を呈する。
(2010 獨協医科大学 医)

□解答
①

※①はビウレット反応




■タンパク質の性質に関する次の記述①～⑤のうち,誤っているものはどれか。
①　タンパク質の変性とは,熱,アルコールなどによりタンパク質の高次構造が変化することである。
②　ビウレット反応は,タンパク質のペプチド結合とCu2＋が錯イオンを形成するために起こる。
③　キサントプロテイン反応は,タンパク質中の芳香環がニトロ化されるために起こる。
④　ニンヒドリン反応は,タンパク質中に遊離のカルボキシル基が存在するために起こる。
⑤　タンパク質がシステインを含むとき,そのタンパク質に水酸化ナトリウム水溶液と酢酸鉛(Ⅱ)水溶液を加えて煮沸すると,黒色沈殿を生じる。
(2010 日本大学 薬)

□解答
④

※カルボキシル基ではなくてアミノ基




■化合物Aに濃硝酸を加えて加熱すると黄色になり,さらに,アンモニア水を加えアルカリ性にすると橙色に変化した。

問　下線部に相当する反応名は　1　である。

　1　の解答群　
A　フェーリング反応　B　銀鏡反応　C　キサントプロテイン反応　D　硫黄反応　E　ビウレット反応　F　ニンヒドリン反応
(2010 明治大学 国際日本　情報コミュニケーション　農　文　法　理工)

□解答
C　キサントプロテイン反応




■ア　Aに水酸化ナトリウム水溶液を加えて塩基性にした後に硫酸銅(Ⅱ)水溶液を加えたところ,赤紫色を呈した。

問　アの反応名を下記の①～⑤より選べ。
①　ヨードホルム反応　②　フェーリング反応　③　ニンヒドリン反応　④　キサントプロテイン反応　⑤　ビウレット反応
(2012 明治薬科大学 薬)

□解答
⑤　ビウレット反応




■タンパク質の反応について,次の文のうち正しいものを１つ選べ。
a．タンパク質水溶液に水酸化ナトリウム水溶液と硫酸銅(Ⅱ)水溶液を加えるとCu2＋の錯イオンを生じて赤紫色を示す。
b．ニンヒドリン反応は,アミノ酸の検出には用いられるが,タンパク質の検出には用いることができない。
c．キサントプロテイン反応は,芳香族アミノ酸をもつタンパク質がアルキル化される反応である。
(2010 名城大学 薬　改)

□解答
a

※b．タンパク質の検出にも用いることができる。
c．アルキル化ではなくニトロ化。




■次の文のうち最も不適切なものを一つ選び,番号で答えなさい。

①　アミノ酸分子がペプチド結合で結びついた構造の物質をペプチドといい,多数のアミノ酸分子が結合したものをポリペプチドという。
②　タンパク質のポリペプチド鎖は,らせん構造をとることが多い。この構造をα-ヘリックスという。この構造は分子内の水素結合によって安定に保たれている。
③　加水分解でアミノ酸だけを生じるタンパク質を単純タンパク質といい,アミノ酸以外に糖類・色素・核酸・脂質・リン酸なども生じるタンパク質を複合タンパク質という。
④　タンパク質水溶液に,硫酸ナトリウムなどの塩を加えると,タンパク質が沈殿してくる。これは親水コロイドであるタンパク質が塩析されたものである。
⑤　アミノ酸溶液やタンパク質溶液にうすい水酸化ナトリウム水溶液を加えて塩基性にした後,硫酸銅(Ⅱ)水溶液を少量加えると,黄色になる。この反応をキサントプロテイン反応という。
⑥　ベンゼン環を分子内にもつタンパク質やアミノ酸に濃硝酸を加えて熱すると黄色になる。
⑦　酵素はタンパク質を主体とした物質で,多くの種類がある。一種類の酵素は,特定の物質の特定の反応にしか関与しないことが多い。これを,酵素の基質特異性という。
(2012 九州大学 理　医　歯　薬　工　芸術工　農)

□解答
⑤

※キサントプロテイン反応ではなくてビウレット反応。




■下記の(1)～(4)のトリペプチドに関して以下の問いに答えよ。

(1)　グリシン－セリン－リシン
(2)　バリン－システイン－グルタミン酸
(3)　アラニン－イソロイシン－チロシン
(4)　メチオニン－プロリン－ロイシン

(1)～(4)のトリペプチド溶液のうち,キサントプロテイン反応(黄色の呈色反応)を示す溶液の番号を答えよ。また,そのトリペプチドを構成するアミノ酸のなかで,キサントプロテイン反応に関与しているのはどれか,アミノ酸の名称を答えよ。
(2012 九州大学 理　医　歯　薬　工　芸術工　農)


□解答
(3),チロシン



■次の記述は正しいか？
キサントプロテイン反応は,硫黄を含むタンパク質の検出に用いられる。
(2012 群馬大学 工－昼　工－夜主　改)

□解答
誤り。

※硫黄ではなくベンゼン環




■タンパク質を検出する方法には幾つか知られているが,　(ア)　反応は,タンパク質の水溶液に水酸化ナトリウム水溶液を加えた後で,硫酸銅(Ⅱ)水溶液を少量加えると　(イ)　色になる反応をいう。キサントプロテイン反応は,ベンゼン環などを持つタンパク質の水溶液に　(ウ)　を加えて加熱すると黄色に,更にアンモニア水などを加えて塩基性にすると橙黄色になる反応をいう。

問1　問題文の　(ア)　～　(ウ)　に適切な語句を書け。
(2010 高知大学 教育　理　改)

□解答
(ア)　ビウレット　(イ)　赤紫　(ウ)　濃硝酸




■タンパク質の定性分析法であるキサントプロテイン反応では,タンパク質に存在するベンゼン環が　ア　化され,呈色する。
(a)　上の文中の空欄　ア　に相当する適切な化学用語を書け。
(2009 埼玉大学 工　理 )

□解答
ニトロ化




■
実験①　
溶液(a)を新しい試験管に2mL取り,6mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を3mL加えて振った。その後,0.1mol/Lの硫酸銅(Ⅱ)水溶液を2滴加えて振ると,赤紫色になった。

実験②　
溶液(a)を新しい試験管に2mL取り,濃硝酸を1mL加えて加熱し,室温まで冷却した。その後,塩基性になるまでアンモニア水を加えると,橙(とう)黄(おう)色になった。

問　実験①と②の呈色反応に関して,次の(1)～(6)のなかからもっとも適切な記述を一つずつ選び,記号(1)～(6)で答えよ。
(1)　キサントプロテイン反応とよばれ,2つ以上のペプチド結合をもつペプチドで見られる。
(2)　ニンヒドリン反応とよばれ,2つ以上のペプチド結合をもつペプチドで見られる。
(3)　ビウレット反応とよばれ,2つ以上のペプチド結合をもつペプチドで見られる。
(4)　キサントプロテイン反応とよばれ,ベンゼン環がニトロ化されるために起こる。
(5)　ニンヒドリン反応とよばれ,ベンゼン環がニトロ化されるために起こる。
(6)　ビウレット反応とよばれ,ベンゼン環がニトロ化されるために起こる。
(2009 鳥取大学 農 )

□解答
①…(6)
②…(1)




■あるポリペプチドに対してキサントプロテイン反応を行ったところ,呈色しなかった。このポリペプチドの構造上の特徴を記しなさい。
( 2012 山形大学 理 )

□解答
ベンゼン環をもつα-アミノ酸がない。



■タンパク質は(　ア　)が重合した高分子化合物であり,主要な成分元素はC,H,O,N,Sの5つである。タンパク質の呈色反応としては,(a)ビウレット反応や(b)キサントプロテイン反応がある。

問１　(　ア　)に入る最も適当な語句を記せ。
問２　下線部(a)について,ビウレット反応を示すには何個以上のペプチド結合が必要か。また,下線部(b)について,キサントプロテイン反応ではチロシンやトリプトファン中のベンゼン環に置換反応がおこって呈色する。その置換反応名を記せ。
(2009 京都薬科大学 薬 )

□解答
問１　ア…アミノ酸
問２　２個以上
　　　ニトロ化

私はほとんどゲームをしない。
プレイステーション2,3,4もPSPもやったことがない。
ドラクエはⅢまではやったが、それ以降のシリーズもファイナル・ファンタジーも
やったことがない。

しかし、最近暇つぶしに携帯アプリゲームをやってみたら、どっぷりとはまってしまった！！

最初にはまったのは、『クイズRPG　魔法使いと黒猫のウィズ』だ。
クイズに答えて敵を倒すという、ゲーム初心者にもわかる単純なルール。

もともとクイズが好きだったので始めたのだが、強い敵を倒すには、
ただ単純にクイズに答えればいいのではなく、より強いカードが必要となる。

そして、より強いカードを手に入れるためには、そう！課金が必要となるのだ。

最初は無課金でやろうと思っていたのだが…何度も逡巡したのだが…
えーい！と課金してしまった・ﾟﾟ･(≧д≦)･ﾟﾟ･｡。
一度たがが外れると、ついつい何度もタップ。

よくニュースで、携帯ゲームに課金する子供が問題となっているが、
その気持ちが非常によくわかった。
弁解するわけではないが、子供たちに教えるものとして、その心理が理解できとても勉強になった。

ゲームが非常によく練られ、完璧なバランスで作られている。
また、ちょっと飽きてきたかなと思う頃に、魅力的なイベントやサービスを仕掛けてくる。

そしてそして、今またどっぷりとはまっているのが『蒼の三国志』。

これは、『黒猫のウィズ』とは違い少し複雑なルールだが、国づくりや戦闘モードなど
これまた非常によく練られていて面白い。

携帯ゲームは、スポーツ系の野球やサッカー、パズル系などもいろいろ試しては見たが
どれもいまいちで、はまるものはなかった。

しかし、上記の２つだけは格段に面白く、私の子供心を鷲掴みにした。

なんと、この２つとも制作会社が同じで、その名は最近CMなどで耳にする「コロプラ」。

コロプラさん、完全にやられましたよ。あなたのゲームの虜です。
いや、楽しませていただきありがとうございます！


今の悩みは、まわりにこれらのゲームをやっている人がいないことだ。
誰かいないかな？？

『蒼の三国志』やっているという方、まだ始めたばかりで知らないことばかりなので教えてください。

ちなみに、これから『蒼の三国志』を始めてみようかなという方は
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是非、お使いください。

今日は,酵素に関する問題です。

生体内の種々の化学反応を触媒する機能をもつタンパク質を酵素といいます。
酵素はある特定の物質にしか作用せず,この選択性を酵素の基質特異性といいます。


☆以下は,2009年～2013年の過去問題と解答です。
詳しい解説やまとめた表などは後日掲載します。


■脂質は糖類やタンパク質とともに三大栄養素として生物にとって不可欠である。動物の体内や植物の種子に蓄えられている油を油脂という。油脂はグリセリンCH2(OH)CH(OH)CH2OHと高級脂肪酸が　1　結合してできた化合物であり,動物の体内では　2　に含まれる酵素　3　によって加水分解される。

(1)　　1　にあてはまる最も適切な語句を下から一つ選べ。
①　水　素　　②　イオン　　③　エステル　　④　エーテル　　⑤　疎　水　⑥　不飽和

(2)　　2　にあてはまる最も適切な語句を下から一つ選べ。
①　だ　液　②　血　液　③　胆　液　④　すい液　⑤　腸　液　⑥　リンパ液

(3)　　3　にあてはまる最も適切な語句を下から一つ選べ。
①　ペプシン　②　アミラーゼ　③　トリプシン　④　チマーゼ　⑤　リパーゼ　⑥　カタラーゼ
(2012 青山学院大学 全学部日程 理工 )

□解答
(1)…③
(2)…④
(3)…⑤



■次の条件に当てはまる糖類A,Bを選べ。
条件　デンプンを酵素(アミラーゼ)を用いて加水分解すると,まずAが生成し,最終的にBまで加水分解される。

解答群：
ｱ)　セルロース　ｲ)　スクロース　ｳ)　フルクトース　ｴ)　デキストリン　ｵ)　ガラクトース　ｶ)　マルトース　ｷ)　ラクトース　ｸ)　デンプン
(2009 大阪歯科大学 歯 )

□解答
A…ｴ)　デキストリン
B…ｶ)　マルトース



■文章中の下線部①～⑥のうち,誤っている箇所をすべて選びなさい。　　
デンプンは,α-グルコースが①付加重合した②多糖類で,分子式③(C6H12O6)nで表され,穀類やイモ類などに多く含まれる。食物中のデンプンは,だ液中の④アミラーゼで⑤加水分解され,デキストリンを経て⑥マルトースになる。
さらに膵臓の消化液中の酵素によってグルコースまで分解される。
(2012 金沢医科大学 医 )

□解答
①付加重合→縮合重合
③(C6H12O6)n→(C6H10O5)n

※膵臓の消化液中の酵素はマルターゼ



■私達ヒトは,外界から栄養を摂取することにより,その生命の維持に必要なエネルギーを獲得している。一般に三大栄養素といわれる成分には,(　ア　),(　イ　),(　ウ　)がある。(　ア　)の一種であるデンプンは,世界中ほとんどの民族の主食として利用されており,摂取した食物に含まれているデンプンはまず(a)「だ液に含まれる酵素」により分解される。また,三大栄養素の中で1gあたりの熱量が最も多い(　イ　)は,水に溶けないために,胆汁に含まれる成分と混合して水に分散した状態で,(b)「すい液に含まれる酵素」により分解される。

問1　(　ア　)～(　ウ　)に入る最も適切な語句や数字を,解答欄(ｱ)～(ｶ)にそれぞれ答えなさい。

問2　下線部(a),(b)おいて働く酵素の名称の組み合わせとして正しいものをすべて選び,①～⑧の記号で答えなさい。
ただし,正しい組み合わせが無ければ×を記入しなさい。
①　(a)　マルターゼ　(c)　チマーゼ　
②　(a)　マルターゼ　(c)　チマーゼ　
③　(a)　マルターゼ　(c)　リパーゼ　
④　(a)　マルターゼ　(c)　リパーゼ　
⑤　(a)　アミラーゼ　(c)　チマーゼ　
⑥　(a)　アミラーゼ　(c)　チマーゼ
⑦　(a)　アミラーゼ　(c)　リパーゼ
⑧　(a)　アミラーゼ　(c)　リパーゼ
(2012 関西医科大学 医 )

□解答
問1
(　ア　)糖
(　イ　)脂質
(　ウ　)タンパク質
問2
⑧



■次のうち,油脂を分解する作用をもつ酵素はどれか。　
①　リパーゼ　②　ペプシン　③　マルターゼ　④　トリプシン　⑤　アミラーゼ
(2009 北里大学 医療衛生 )

□解答
①　リパーゼ



■文中の(　ア　)(　イ　)に当てはまる最も適当な語句を記せ。
教授「…(略)…食物は三大栄養素である糖類,タンパク質,油脂を含んでおり,たとえば多糖であるデンプンはアミラーゼの働きにより加水分解されて(　ア　)となり,(　ア　)はさらに(　イ　)によりグルコースになることは知っているね。グルコースには式1に示すような2種類の環状構造をもった立体異性体が存在し,水溶液中では一部の分子の環状構造が開いて鎖状構造となったものも存在しているんだけれど,この鎖状構造は特徴的な官能基をもっているので,実験によってその存在を確かめることができるんだよ。」
(2013 甲南大学 フロンティアサイエンス )

□解答
(　ア　)マルトース
(　イ　)マルターゼ



■次の記述のうち,正しいもののみをすべて含む組み合わせはどれか。
(a)　デンプンをマルトースに分解する酵素は,アミラーゼである。
(b)　マルトースをグルコースに分解する酵素は,インベルターゼである。
(c)　グルコースがアルコール発酵されエタノールと二酸化炭素になるとき,グルコース1molから2molのエタノールが生じる。
(d)　デンプンは,β-グルコースが脱水縮合して結びついた構造をもつ。
(1)　[(a),(b)]　(2)　[(a),(c)]　(3)　[(a),(d)]　(4)　[(b),(c)]　(5)　[(b),(d)]　(6)　[(c),(d)]
(2013 神戸薬科大学 薬 )

□解答
(2)　[(a),(c)]



■デンプンを80℃の熱水につけてしばらくすると,デンプンから一部の分子(　①　)が溶け出し,不溶性の分子(　②　)が残った。デンプンはアミラーゼのはたらきにより,デキストリンを経てグルコース2分子からなる(　③　)まで分解される。さらに膵液由来の酵素を作用させると(　③　)は2分子のグルコースに分解される。
　砂糖の主成分である(　④　)をインベルターゼという酵素の作用で加水分解すると,グルコースと(　⑤　)が生じる。こうして生じたグルコースと(　⑤　)の等量混合物を(　⑥　)という。
　
問1　(　①　)～(　⑧　)にあてはまる物質名や語句を入れよ。
(2012 昭和大学 医 )

□解答
問1　①　アミロース　②　アミロペクチン　③　マルトース　④　スクロース　⑤　フルクトース　⑥　転化糖



■α-グルコースが脱水縮合してできた多糖類のうち,植物中に貯蔵されているものをデンプン,動物体内に貯蔵されているものを　ア　という。一般に,デンプンは温水に可溶な　イ　と不溶な　ウ　の2つの成分からなるが,デンプンの組成は植物の種類によって異なり,モチ米のようにほぼ　ウ　のみからなるデンプンもある。　イ　は,隣接するグルコースの1位と(　a　)位のヒドロキシ基だけで縮合した直鎖状の構造でできているのに対して,　ウ　は,このほかにも1位と(　b　)位のヒドロキシ基で縮合した枝分かれ構造の部分をもつ。デンプン水溶液に　エ　溶液を加えると青紫色に呈色する。この呈色反応は,デンプンが分子内の　オ　結合によってらせん状の立体構造をとっていることに関係している。また,デンプンは食物として摂取されると酵素アミラーゼによって　カ　に,さらに酵素　キ　によってグルコースへと加水分解される。

(1) 　ア　～　キ　に入る適切な語句を記せ。
(2)　(　a　)および(　b　)に入る適切な数字を記せ。
( 2012 昭和大学 歯　保健医療 )

□解答
ア…グリコーゲン
イ…アミロース
ウ…アミロペクチン
エ…ヨウ素溶液
オ…グリコシド
カ…マルトース
キ…マルターゼ

(2)
(　a　)４
(　b　)６



■植物は(　ア　)と呼ばれる化学反応によって水と二酸化炭素から多糖類であるデンプン(C6H10O5)nを産生し,種子,根,根茎などにデンプン粒の形で貯蔵する。デンプンは,熱水に可溶な(　イ　)と不溶な(　ウ　)からなる。(　イ　)はα-(　エ　)の1位と(　オ　)位のヒドロキシ基が(　カ　)重合した直鎖構造を持ち,立体的には(　キ　)構造をとっている。一方,(　ウ　)はα-(　エ　)の1位と(　オ　)位のヒドロキシ基の(　カ　)重合に加えて,ところどころで1位と(　ク　)位のヒドロキシ基が(　カ　)重合した枝分かれ構造をもっている。ヒトが,食事でデンプンを摂取すると,唾液などに含まれる消化酵素アミラーゼにより分解され,さまざまな分子量の(　ケ　)を経て,(　コ　)になる。その後,小腸で消化酵素のマルターゼが働き,さらに分解され(　エ　)となって吸収されて血液中に入る。
問１　(　ア　)～(　コ　)に入る適切な化合物名,語句または数字を書きなさい。
問２　(　エ　)をアルコール発酵させるとエタノールが得られる。このアルコール発酵に用いられる酵素名を書きなさい。
(2013 昭和薬科大学 2/4,Ｂ方式 薬 )

□解答
問１
(　ア　)光合成
(　イ　)アミロース
(　ウ　)アミロペクチン
(　エ　)グルコース
(　オ　)４
(　カ　)縮合
(　キ　)直鎖
(　ク　)６
(　ケ　)デキストリン
(　コ　)マルトース

問２
チマーゼ



■デンプンは植物の中で光合成を経てつくられ,種子などに蓄えられている。デンプンは熱水に溶ける　1　と溶けにくい　2　からできている。　1　は多数のグルコースが　ア　結合によって縮合した直鎖状分子であり,分子式は(C6H10O5)nで表すことができる。一方,　2は　ア　結合の鎖状のところどころに　イ　結合による枝分かれ構造をもつ分子である。
　デンプンは動物のエネルギー源であり,唾液中の酵素　3　により消化される。　3　はデンプン中の　イ　結合には作用しないが　ア　結合を加水分解することができる。したがって,　1　はこの酵素によって加水分解され,主として　4　が得られる。　4　はさらに小腸に存在する酵素　5　により加水分解され,2分子のグルコースとなった後,小腸から吸収され,肝臓で　6　として貯蔵される。

問１　　1　～　6　に最も適する語句をそれぞれａ～ｊから選べ。
ａ．アミロース　ｂ．アミロペクチン　ｃ．アミラーゼ　ｄ．インベルターゼ　ｅ．グリコーゲン　ｆ．スクロースｇ．セルロース　ｈ．フルクトース　ｉ．マルターゼ　ｊ．マルトース

問２　　ア　および　イ　に該当する語句をそれぞれａ～ｆから選んでマークせよ。
ａ．α-1,2　ｂ．α-1,4　ｃ．α-1,6　ｄ．β-1,2　ｅ．β-1,4　ｆ．β-1,6

問３　デンプンの検出試液として最も適するものはどれか。ａ～ｅから選んでマークせよ。
ａ．塩化鉄(Ⅲ)水溶液　ｂ．硝酸銀水溶液ｃ．ニンヒドリン溶液　ｄ．フェーリング液 ｅ．ヨウ素溶液

問４　フェーリング液と反応して赤色沈殿を生じるものはどれか。ａ～ｅから選んでマークせよ。
ａ．アミロース　ｂ．グリコーゲンｃ．スクロース　ｄ．セルロース　ｅ．マルトース
( 2009 摂南大学 工　薬 )

□解答
問１　1　ａ　2　ｂ　3　ｃ　4　ｊ　　5　ｉ　6　ｅ
問２　ア　ｂ　イ　ｃ
問３　ｅ　問４　ｅ



■タンパク質はポリペプチド構造を基本とする高分子化合物であり,生体内で重要な働きをしているものが多い。一般に,生体反応を触媒するタンパク質は　3　とよばれ,例えば,食物中のデンプンは　4　により二糖類に属する　5　に,さらに　6　により　7　にまで分解される。また,摂取した脂肪は　8　により　9　と脂肪酸に分解される。一般的に　3　は加熱により変性し,その触媒作用を失う。

問１　　　3　に最も適する語句をそれぞれａ～ｈから選んでマークせよ。
ａ．アミド　ｂ．アミノ酸　ｃ．エステル　ｄ．核酸 ｅ．酵素　ｆ．脂肪酸　ｇ．水素　ｈ．多糖

問２　　4　～　9　に最も適する語句をそれぞれａ～ｉから選んでマークせよ。
ａ．アミラーゼ　ｂ．インベルターゼ　ｃ．グリシン　ｄ．グリセリン　ｅ．グルコース　ｆ．スクロース　ｇ．マルターゼ　ｈ．マルトース　ｉ．リパーゼ

問３　　ア　に該当する式を書け。
(2009 摂南大学 2/15,ＢＣ(センタープラス方式)・Ｂ日程<中期> 薬 )

□解答
問１　1　ｂ　2　ａ　3　ｅ
問２　4　ａ　5　ｈ　6　ｇ　7　ｅ　　8　ｉ　9　ｄ



■ア,イの中にあてはまる語句を解答群から選べ。
アミロースをアミラーゼで加水分解すると様々な分子量をもつ　ネ　を経て二糖　ノ　が生じ,セルロースをセルラーゼで加水分解すると二糖　ハ　が生じる。

ア～イの解答群　
79　キシリトール　80　グルコマンナン　81　スクロース　82　セロビオース　83　ソルビトール　84　デオキシリボース　85　デキストリン　86　トリニトロセルロース　87　トレハロース　88　ブドウ糖　89　ペクチン　90　マルトース　91　ラクトース
(2012 東京理科大学 )

□解答
ア　85　デキストリン
イ　90　マルトース



■脂質は,エネルギー源として食物から摂取されるが,膵液中の酵素によって分解されて小腸で吸収される。脂質を分解する酵素はどれか。解答群Ⅳから選び,その番号を解答用マークシートの指定された欄にマークしなさい。
解答群Ⅳ　
0　ペプシン　1　マルターゼ　2　アミラーゼ　3　トリプシン　4　リパーゼ　5　キモトリプシン
(2010 東京理科大学 薬 )

□解答
4　リパーゼ



■デンプンはアミラーゼと　(ｱ)　によって　(ｳ)　に分解される。　(ｳ)　を含む溶液にフェーリング液を加えると　(ｴ)　色の沈殿が生成する。また,デンプンは多数のα-　(ｳ)　のOH基からH2Oがとれて縮合した構造を持ち,　(ｵ)　結合を有するアミロースと　(ｵ)　結合および　(ｶ)　結合を有するアミロペクチンとがある。

Ａ　欄　
01　ペプチターゼ　02　カタラーゼ　03　セルラーゼ　04　チマーゼ 05　マルターゼ　06　リパーゼ　07　ガラクトース　08　グルコース 09　マルトース　10　フルクトース　11　赤　12　緑　13　黒 14　青　紫　　15　1,2　16　1,3　17　1,4　　　18　1,5　　19　1,6
(2009 東京理科大学 理工 )

□解答
(　ア　)05　マルターゼ
(　ウ　)08　グルコース
(　エ　)11　赤
(　オ　)17　1,4
(　カ　)19　1,6



■空欄　(ｱ)は解答群Ⅰから,　(ⅰ)は解答群Ⅱから,　(A)(B)は解答群Ⅲから,選べ。
マルトースの化学式は　(ｱ)　で,デンプンを酵素　(ⅰ)　により加水分解すると得られる　(A)　である。1分子のマルトースを酵素　(ⅱ)　によりさらに加水分解すると,2分子の　(B)　になる。

解答群Ⅰ　
０　C12H22O11　１　(C6H10O5)n　２　C14H28O2　３　C18H32O2　４　C5H10O5　５　C6H12O6　６　CH3OH　７　C2H5OH ８　C3H5(OH)3
解答群Ⅱ　
０　セルラーゼ　１　アミラーゼ　２　リパーゼ　３　スクラーゼ　４　マルターゼ　５　ラクターゼ　６　チマーゼ　７　ペプチダーゼ８　トリプシン
解答群Ⅲ　
０　単　糖　１　二　糖　２　多　糖　３　フルクトース　４　セロビオース　５　グルコース　６　アルデヒド型７　α型　８　β型
解答群Ⅳ　
０　銀　１　酸化銅(Ⅰ)　２　酸化銅(Ⅱ)　３　スクロース　４　デキストリン　５　転化糖
(2009 東京理科大学 薬 )

□解答
(ｱ)…０　C12H22O11
(ⅰ)…１　アミラーゼ
(A)…１　二　糖



■問1　すい液中に含まれ,タンパク質を分解してペプチドやアミノ酸にする働きをもつものはどれか。
問2　小腸に存在して,スクロースを分解してグルコースとフルクトースにする働きをもつものはどれか。
問3　血球や肝臓に存在して,過酸化水素を分解して水と酸素にする働きをもつものはどれか。

[問1～3の解答群]　
①　アミラーゼ　②　マルターゼ　③　カタラーゼ　④　ラクターゼ⑤　ペプシン ⑥　トリプシン　⑦　セルラーゼ　⑧　インベルターゼ
( 2010 東北薬科大学 薬 )

□解答
1…⑥　トリプシン
2…⑧　インベルターゼ
3…③　カタラーゼ



■デンプン(C6H10O5)nは,植物中で光合成によりつくられる天然の高分子化合物であり,私たちの生命活動を支える重要な化合物である。デンプン分子は分子式C6HC12OC6で示されるα-グルコースが次々に脱水縮合して結びついた多糖類であり,アミロースとアミロペクチンとの混合物である。摂取されたデンプンは,体内で酵素アミラーゼにより加水分解されて,2分子のグルコースが脱水縮合した　ア　になる。さらに酵素　イ　により加水分解されてグルコースになる。この消化の過程を経て体内に吸収されたグルコースは細胞内に運ばれて,酸素の消費を伴う好気呼吸により,最終的に二酸化炭素と水になる。

問　ア　と　イ　にあてはまる二糖類と酵素の正しい組合せはどれか。
　 ア　 イ 　　 ア　 イ
①　スクロース　リパーゼ 　②　スクロース　マルターゼ
③　ラクトース　リパーゼ　 ④　ラクトース　ラクターゼ
⑤　ラクトース　マルターゼ　⑥　マルトース　リパーゼ
⑦　マルトース　ラクターゼ　⑧　マルトース　マルターゼ
(2009 東北薬科大学 薬 )

□解答
⑧　



■(ｱ)　酵素　41　はデンプンを加水分解し,　42　を生成する。　42　は,酵素　43　によってグルコースに分解される。
(ｲ)　　42　の水溶液は還元性を示すが,　42　の異性体である　44　の水溶液は還元性を示さない。

〔　41　,　43　の解答群〕　
①　セルラーゼ　②　アミラーゼ　③　プロテアーゼ　④　カタラーゼ　⑤　インベルターゼ　⑥　ペプチターゼ　⑦　チマーゼ　⑧　マルターゼ　⑨　ラクターゼ　⑩　ウレアーゼ

〔　42　,　44　の解答群〕　
①　アミロペクチン　②　フルクトース　③　マルトース　④　セルロース　⑤　リボース　⑥　スクロース　⑦　ラクトース　⑧　ガラクトース　⑨　グリコーゲン　⑩　セルビオース
(2010 東洋大学 理工 )

□解答
41…②　アミラーゼ
42…③　マルトース
43…⑧　マルターゼ
44…⑥　スクロース



■酵素に関する次の①～⑤の記述のうち,誤りを含むものを一つ選びなさい。　
①　アミラーゼは,デンプンをデキストリンやマルトースに分解する。
②　セルラーゼは,セルロースをセロビオースやラクトースに分解する。
③　胃液に含まれるペプシンは,タンパク質をペプチドに分解する。
④　リパーゼは,油脂を脂肪酸とグリセリンに分解する。
⑤　多くの生物に含まれるカタラーゼは,過酸化水素を水と酸素に分解する。
(2013 獨協医科大学 2/1,一般(１次) 医 )

□解答
②



■過酸化水素が酸素と水に分解する反応において,触媒として働く酵素はどれか。
①　アミラーゼ　②　リパーゼ　③　ペプシン　④　トリプシン　⑤　カタラーゼ
(2012 日本大学 薬 )

□解答
⑤　カタラーゼ



■次の①～⑥のうち,炭水化物の加水分解酵素のみからなる組合せはどれか。
①　アミラーゼ,インベルターゼ,カタラーゼ
②　アミラーゼ,インベルターゼ,セルラーゼ
③　アミラーゼ,インベルターゼ,ペプシン
④　インベルターゼ,カタラーゼ,セルラーゼ
⑤　インベルターゼ,カタラーゼ,ペプシン
⑥　カタラーゼ,セルラーゼ,ペプシン
(2010 日本大学 薬 )

□解答
②　アミラーゼ,インベルターゼ,セルラーゼ



■タンパク質は酵素Aや酵素Bなどにより,　ア　に分解される。酵素Aは胃液に,酵素Bはすい液中に存在する。
糖類の代表であるデンプンは,酵素C,次いで酵素Dにより,グルコースに分解される。

問１　文中の空欄　ア　およびA～Cに最も適するものを次の(11)～(31)から選び,番号で答えよ。
(11)　アミラーゼ　(12)　同　化(13)　ATP　(14)　インベルターゼ　(15)　消　化　(16)　ADP(17)　カタラーゼ　(18)　腐　敗(　19)　AMP　(20)　トリプシン　(21)　酸　敗　(22)　グリセリン　(23)　ペプシン　(24)　好　気(25)　ピルビン酸　(26)　マルターゼ　(27)　嫌　気　(28)　α-アミノ酸　(29)　リパーゼ　(30)　リン酸(31)　乳　酸
(2009 福岡大学 2/4,前期日程 理 )

□解答
A…(23)　ペプシン
B…(20)　トリプシン
C…(11)　アミラーゼ
D…(26)　マルターゼ
ア…(28)　α-アミノ酸



■次の記述は,正しいか？
　デンプンは唾液や膵液に含まれる酵素アミラーゼによって,グルコースに加水分解される。
(2012 星薬科大学 薬)

□解答
誤り



■問　次の酵素に関する記述1～5のうち,正しいものを選べ。
1　セルロースをセルラーゼで加水分解すると,セロビオースを生じる。
2　デンプンをマルターゼで加水分解すると,デキストリンを経てマルトースを生じる。
3　タンパク質をアミラーゼで分解すると,アミノ酸を生じる。
4　ラクトースをチマーゼで分解すると,グルコースとガラクトースを生じる。
5　油脂をカタラーゼで分解すると,グリセリンと高級脂肪酸を生じる。
(2010 北海道薬科大学 薬 )

□解答
1


■スクロース(ショ糖)は酵素　27　で加水分解されるとグルコース(ブドウ糖)とフルクトース(果糖)を等量生じる。この反応を利用してスクロースを定量できる。100％果汁のオレンジジュースには糖類として主にグルコース,フルクトース,スクロースが含まれる。

　27　の解答群　
A　アミラーゼ　B　プロテアーゼ　C　リパーゼ　D　インベルターゼ　E　カタラーゼ
(2013 明治大学 法　政治経済　文　理工　農　情報コミュニケーション　国際日本　総合数理 )

□解答
(27)　D


■B　～　D　にはあてはまる語句を記入せよ。
グルコースは,酵母菌に存在する　B　という酵素群によって,　C　と　D　に分解される。この反応は古く
(2010 立命館大学 薬　情報理工　生命科　理工)

□解答
B　チマーゼ　C,D　エタノール,二酸化炭素 (順不同)



■次の文は正しいか？
①グルコースやフルクトースのような単糖類は,酵母菌中に存在するチマーゼという酵素群によりアルコール発酵されエタノールと二酸化炭素になる。
②アミラーゼはデンプンにはたらきマルトースを生成する。○
③ラクターゼはラクトースにはたらきグルコースとガラクトースを生成する。○
(2009 早稲田大学 人間科 )

□解答
①…正しい。
②…正しい。
③…正しい。



■タンパク質は,多数のアミノ酸が脱水縮合したポリペプチド鎖からなる。生体内のいろいろな化学反応を触媒するタンパク質を酵素という。油脂を脂肪酸とグリセリンに加水分解する酵素は(　ア　)であり,タンパク質をペプチドに加水分解する酵素は(　イ　)である。アミラーゼという酵素は,アミロースを加水分解する。

問２　(　ア　)と(　イ　)には酵素の名称が入る。それぞれの名称を答えなさい。
(2009 香川大学 医　教育　工　農 )

□解答
ア…リパーゼ
イ…ペプシン(トリプシン)



■以下の式中の　オ　,　カ　にあてはまる適切な語句を答えよ。
　　　　　アミラーゼ　　　　カ
デンプン　→　　　　　オ　　→　　　グルコース
　　　　 加水分解　　　 　加水分解　
(2013 岐阜大学 医　工　応用生物科)

□解答
オ　マルトース　カ　マルターゼ



■デンプンをアミラーゼという酵素を用いて加水分解すると,分子量が比較的小さい　A　とよばれる加水分解生成物を経て,最終的に二糖類の　B　を生じる。　

(1)　A,B入る適切な語句または数値を記せ。
(2013 岐阜薬科大学 薬 )

□解答
A　デキストリン
B　マルトース



■デンプンはα-グルコースが　ア　したものであり,熱水に溶けやすい　イ　と熱水に溶けにくい　ウ　に大別することができる。デンプンは唾液や膵(すい)液に含まれる酵素アミラーゼによって二糖類である　エ　に分解され,ついで小腸に存在する酵素　オ　により加水分解されてグルコースとなり,動物のエネルギー源となる。

問1　空欄　ア　～　オ　に当てはまる最も適切な語句を記せ。
(2013 群馬大学 理工 )

□解答
ア…縮合重合
イ…アミロース
ウ…アミロペクチン
エ…マルトース
オ…マルターゼ



■デンプンが食物として摂取されると,消化液中に含まれるアミラーゼと呼ばれる酵素によって加水分解され,二糖類の　ア　になる。　ア　はさらに酵素　イ　によって加水分解され,グルコースになる。
　グルコースは,水溶液中では下図に示す環状構造のα-グルコース,およびその立体異性体であるα-グルコースと鎖状構造のグルコースの3種類が混ざりあった状態で存在する。

(a)　空欄ア～ウに相当する適切な物質名をそれぞれ1つずつ書け。
(2010 埼玉大学 工　理 )

□解答
ア…マルトース
イ…マルターゼ



■代表的な多糖として,デンプンが知られている。デンプンがアミラーゼとマルターゼにより分解されて生成するものは何か,答えよ。
(2013 信州大学 後期日程 理　繊維 )

□解答
グルコース

■酵素反応の例として,デンプンは,だ液中のアミラーゼによって主に二糖類の(　カ　)に分解される。微生物のセルラーゼはセルロースを分解し,二糖類の(　キ　)ができる。また,インベルターゼは,スクロースを(　ク　)類である(　ケ　)とグルコースに分解する。

(1)　(　ア　)～(　コ　)に適当な語句を入れよ。
(2009 信州大学 工 )

□解答
カ…マルトース
キ…セロビオース
ク…二糖
ケ…フルクトース



■次の１～４の反応に関与する酵素を下記の選択肢から選び,その名称を解答欄に記せ。
１．デンプンを加水分解してマルトースにする。
２．マルトースを加水分解してグルコースにする。
３．すい液に含まれ,油脂を脂肪酸とグリセリンに分解する。
４．胃液の中で,食物に含まれるタンパク質を分解する。

[選択肢]　
リパーゼ,　ペプシン,　トリプシン,　ヌクレアーゼ,マルターゼ,　インベルターゼ,　アミラーゼ
(2009 富山大学 医　工　薬　理 )

□解答
１　アミラーゼ
２　マルターゼ
３　リパーゼ
４　ペプシン



■インスリンは,医薬品として用いられており,飲み薬として服用すると③胃液に含まれている酵素によって分解されてしまう。そこで,一般的には注射薬として用いられる。また,インスリンは,生体分子の分子量を測定するときの標準物質としても用いられる。

問　文章Ⅱの下線部③の酵素として適切なものを(f)～(i)の中から1つ選び,記号で答えよ。
(f)　ペプシン　(g)　リパーゼ　(h)　アミラーゼ　(i)　カタラーゼ
(2009 長崎大学 医　教育　工　歯　水産　薬　環境科)

□解答
問５　(f)



■セルロースとデンプンはいずれもグルコース分子が多数重合した化合物であるが,その結合のしかたが異なる。セルロースにセルラーゼを作用させると二糖である　あ　が得られ,デンプンにアミラーゼを作用させると二糖であるマルトースが得られる。

問1．　あ　に適当な化合物名を記せ。
(2010 名古屋市立大学 医 )

□解答
セロビオース



■アミラーゼが作用する物質を準備するために,ジャガイモのデンプン2gを80℃の蒸留水100mLにしばらく浸(つ)けておいた。デンプンの一部は溶け出し,残りは不溶であった。溶け出した部分には主な成分として　(ｱ)　が含まれ,不溶な部分には主な成分として　(ｲ)　が含まれている。また,デンプンの水溶液に希硫酸を加えて加熱し,デンプンを完全に加水分解すると　(ｳ)　が生成する。
　次の(1)～(3)に答えよ。

(1)　空欄(ｱ)　～　(ｳ)に最も適切な物質名を入れよ。
(2010 新潟大学 医　教育　工　歯　農　理 )

□解答
(ｱ)…アミロース
(ｲ)…アミロペクチン
(ｳ)…グルコース



■ヒトの体内でデンプンは,アミラーゼの作用により分解され,デキストリンを経て(a)二糖類の　2　となる。さらに　2　は,酵素　3　によって　1　となり,エネルギー源として利用されるとともに,一部の　1　は,動物デンプンともよばれる　4　として貯蔵される。また,デンプンは,酸によっても　1　まで加水分解される。

問１　　1　～　4　にあてはまる適当な語句を記せ。
(2009 浜松医科大学 医 )

□解答
1…グルコース
2…マルトース
3…マルターゼ
4…グリコーゲン



■食物として摂取されたデンプンは,だ液中のアミラーゼやすい液中のアミラーゼによって加水分解され,少糖類となる。さらにこれらの少糖類は酵素により,体内に吸収できる　ア　にまで加水分解される。

文章中の空欄　ア　に最も適する語句を答えよ。
(2010 宮崎大学 工　農)

□解答
グルコース



■スクロースだけを単糖類に加水分解させるためには,次のどの酵素を加えたらよいか記号で答えなさい。
a)　アミラーゼ　b)　インベルターゼ　c)　セルラーゼ　d)　マルターゼ
(2010 山口大学 医　教育　工　農　理)

□解答
b)　インベルターゼ



■植物の細胞壁に含まれるセルロースは多数のβ-グルコースが脱水縮合した構造をもつ高分子である。セルロースはセルラーゼという酵素により加水分解され　ア　になる。
文中の空欄　ア　にあてはまるものとしてもっとも適当なものを解答群の中から一つ選べ。
解答群　
1　アミロペクチン　2　グリコーゲン　3　セロビオース　4　ガラクトース　5　転化糖　6　マルトース　7　アミロース　8　フルクトース
9　デキストリン　10　リボース
(2011 東京理科大学 理１部 )

□解答
3　セロビオース



■セルロースを酵素　a　で加水分解すると　b　を生じる。　b　はグルコース二分子が　c　した構造をもつ二糖である。
酵母に含まれるチマーゼは，アルコール発酵によってグルコースをエタノールと　d　に分解する。

問　文章中の空欄　a　～　d　に入るもっとも適切な語句を語群(1)～(41)から選び，それぞれ番号で答えなさい。ただし，同じ番号を重複して選んではならない。
語群　
(1)　赤紫　(2)　アセテート　(3)　アミラーゼ　(4)　アミロース　(5)　黄褐　(6)　王水　(7)　黄緑　(8)　カプロラクタム　(9)　コロイド　(10)　酸素　(11)　縮合　(12)　シュワイツァー試薬　(13)　食物　(14)　ショ糖　(15)　人工　(16)　深青　(17)　水素　(18)　スクロース　(19)　セルラーゼ　(20)　セロハン　(21)　セロビオース　(22)　赤褐　(23)　置換　(24)　沈殿　(25)　天然　(26)　橙赤　(27)　ナイロン　(28)　二酸化炭素　(29)　二硫化炭素　(30)　乳糖　(31)　ニンヒドリン　(32)　ビスコース　(33)　ビニロン　(34)　付加　(35)　ブドウ糖　(36)　フルクトース　(37)　マルターゼ　(38)　マルトース　(39)　ミセル　(40)　リボース　(41)　硫化水素
(2011 日本大学 文理 )

□解答
a　(19)　セルラーゼ
b　(21)　セロビオース
c　(11)　縮合
d　(28)　二酸化炭素


　
■デンプンは，消化酵素のアミラーゼにより二糖類である(　ア　)にまで加水分解される。
問　文章中のアの(　　　)内に適当な語句を記入せよ。
(2011 藤田保健衛生大学 一般(学科) 医 )

□解答
ア　マルトース



■油脂は，膵液中の酵素(　ア　)によって加水分解されて，脂肪酸とグリセリンになり，小腸で吸収され，ふたたび油脂に合成される。
問　空欄(　ア　)に最も適するものを下の欄から選び，解答欄の番号をマークしなさい。
(1)　ペプシン　(2)　ラクターゼ　(3)　カタラーゼ　(4)　ペプチダーゼ　(5)　リパーゼ　(6)　トリプシン　(7)　アミラーゼ　(8)　インベルターゼ
(2011 名城大学 薬)

□解答
ア　



■スクロースに関係のある下の①～⑥の記述の中で，誤っているものはどれか。誤っているものを一つ選び，その番号を解答用紙にマークせよ。
①　スクロースは還元性を示さない。
②　スクロースが加水分解されてできる糖を転化糖という。
③　スクロースに希酸を加えて加熱すると，加水分解される。
④　スクロースに酵素のインベルターゼを加えると，加水分解される。
⑤　転化糖の「転化」，インベルターゼの「インベルタ(ト)」という用語は，ともに，光学的性質が大きく変化することに由来する。
⑥　同じ物質量のスクロースとマルトースをそれぞれ十分加水分解すると，マルトースから生じる糖に，より多くの物質量の還元糖がある。
(2011 立命館大学 情報理工　生命科　薬　理工)

□解答
〔1〕…⑥



■文章中の(　　　)内に適当な語句を記入せよ。
食品として摂取された油脂は，すい液中の　ア　という酵素によって　イ　と脂肪酸に分解される。
(2011 早稲田大学) 教育 改)

□解答
ア…リパーゼ
イ…グリセリン



■デンプンは植物の貯蔵多糖類で分子式　1　で表される。ヒトはデンプンを食物として摂取し，唾液中の酵素　2　によって段階的に加水分解し，多糖類の　3　を経て，二糖類の　4　にする。そして，小腸で酵素　5　によりモノマーであるグルコースに分解し吸収する。過剰になったグルコースはグリコーゲンというポリマーとして細胞内に貯蔵される。デンプンは熱水に可溶な　6　と熱水にとけにくい　7　の2種の成分から成り立っている。　6　は立体的に　8　構造を形成し，　7　は　9　を持つ　8　構造を形成している。グリコーゲンの立体構造は　7　に似ているが　9　がはるかに多い。セルロースは　10　が直鎖状に縮合しており，　8　構造を形成していない。セルロースは酵素　11　によって二糖類の　12　に加水分解され，酵素セロビアーゼによってグルコースに分解される。ヒトはこれらの酵素を持たないのでセルロースを栄養源として利用できないが，日常生活で天然植物性繊維や再生繊維の主原料として広範囲に活用している。

問　　1　～　12　に最も適切な語句または分子式を記入しなさい。
(2011 金沢大学 医薬保健　人間社会　理工)

□解答
(1)　1　(C6H10O5)n または C6H10O5　2　アミラーゼ　3　デキストリン　4　マルトース [麦芽糖]　5　マルターゼ　6　アミロース　　7　アミロペクチン　8　らせん　　9　枝分かれ　10　α-グルコース　　11　セルラーゼ　12　セロビオース



■タンパク質の一種である酵素は，生体内の様々な反応を進めるための触媒としてはたらく。酵素はそれぞれ決まった相手分子と反応する。例えば，　ウ　は油脂をグリセリンと脂肪酸に加水分解する酵素であるが，デンプンには作用しない。この性質を酵素の　エ　という。酵素の反応が選択的であるのは，酵素には　オ　があり，それに適合した基質が酵素の触媒作用を受けるためである。
(問1)　文中の　ア　～　オ　に適切な語句を記せ。
(2011 熊本大学 医　工　薬　理 )

□解答
ウ…リパーゼ
エ…基質特異性
オ…活性部位

※問題は一部省略,変更しています。


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おまたせしました!
多くの方より,「アセタール化の計算問題」のチャートを作ってほしいとの要望を受けてきたのですが,参考書の執筆もひと段落し,ようやく完成しました。

アセタール化の計算問題は,主に難関大学で出題されますが,詳しく解説している参考書は少なく扱っていても問題はせいぜい一問です。
これでは,実際の入試問題では太刀打ちできません。
なぜなら,アセタール化の計算問題には様々なタイプがあるからです。

☆下記が実際に出題されている過去問題です。
挑戦してみてください。



■長崎大学 (2008 薬 )

必要があれば,次の値を用いよ。　原子量　H＝1.0, C＝12, O＝16　
合成繊維には,ポリエチレンテレフタレートなどの　ア　系繊維,6ーナイロンや6,6ナイロンなどの　イ　系繊維,およびポリアクリロニトリルなどのアクリル系繊維がある。ポリビニルアルコールも合成繊維であるが,水に溶けやすいので,そのままでは繊維として使えない。しかし,ポリビニルアルコールを酸性条件下でホルムアルデヒドと反応させると,水に溶けなくなり,繊維として利用できるようになる。
この繊維は,わが国で開発された合成繊維であり,　ウ　と呼ばれている。

問１　ア,イ,ウに入る適切な語句を記せ。
問２　下線部の反応を行って,ポリビニルアルコールの-OHの30％を-OCH2O-に変えた　ウ　を100gつくりたい。必要なポリビニルアルコールの質量[g]を求めよ。有効数字3桁で答えよ。



■明治大学 (2013 法 政治経済 文 理工 農 他)

必要があれば,次の値を用いよ。　原子量　H＝1.0, C＝12, O＝16　
次の解答群から選びなさい。
油脂に水酸化ナトリウム水溶液を加えて加熱すると,けん化が起こり　ア　とセッケンの混合物が得られる。けん化は合成繊維の　イ　の合成にも利用できる。原料である酢酸ビニルを付加重合させてポリ酢酸ビニルをつくり,これをけん化するとポリビニルアルコールとなる。
さらに,ホルムアルデヒドを作用させ,ヒドロキシ基の30～40％をアセタール化すると水に不溶の繊維である　イ　ができる。
　分子量8.6×104のポリ酢酸ビニル8.6gを完全にけん化するのに必要な水酸化ナトリウムの最小量の計算値は　ウ　gである。このとき得られたポリビニルアルコールの分子内ヒドロキシ基の40％がアセタール化し,残りの60％が未反応で得られる　イ　の分子量は　エ　×104である。

ア　と　イ　の解答群　
A　ビニロン　B　カゼイン　C　グリセリン　D　グリコーゲン　E　ナイロン　F　ポリエステル　G　アクリル　H　ポリオレフィン
ウ　と　エ　の解答群　
A　0.004　B　0.04　C　4.0　D　4.4　E　4.6　F　7.4　G　8.6　H　9.8　I　13　J　20　K　40



■法政大学 (2012 デザイン工 理工 生命科 一部改)

必要があれば,次の値を用いよ。　原子量　H＝1.0, C＝12, O＝16　
次の文章を読み,下記の設問に答えよ。
酢酸と　(A)　との付加反応を行うと酢酸ビニルが生成する。この酢酸ビニルを付加重合するとポリ酢酸ビニルが生成する。これを加水分解することで,ポリビニルアルコールが得られる。
ポリビニルアルコールをホルムアルデヒド水溶液で処理すると,一部のヒドロキシ基が反応して-O-CH2-O-結合を形成し,合成繊維　(B)　ができる。これは初の国産合成繊維である。

１．化合物(A),および合成繊維(B)の名称を記せ。
２．原料のポリ酢酸ビニルの平均分子量が8.6×104であるとき,生成した合成繊維(B)の平均分子量を求めよ。ただし,加水分解反応は完全に進行し,ポリビニルアルコールに含まれるヒドロキシ基の30％がホルムアルデヒドと反応して-O-CH2-O-結合を生成したとする。



■千葉大学 (2009 後期 理)

必要があれば,次の値を用いよ。　原子量　H＝1.0, C＝12, O＝16　
ビニロンは日本で開発に成功した有名な合成繊維である。①このビニロンの合成では,まず酢酸ビニルを　(ア)　重合させてポリ酢酸ビニルに導き,　(イ)　することでポリビニルアルコールを得ている。②そののちに,ホルムアルデヒドでエーテル結合を形成(アセタール化)することによりビニロンが合成されている。
　このようにポリマー上の置換基は,利用目的に応じた特性を得るために重要である。
問１　(ア),(イ)に適切な語句または化合物名を入れなさい。
問２　下線部①に関して,ポリビニルアルコールを得るために,ビニルアルコールを直接重合させない理由を簡潔に答えなさい。
問３　下線部②の操作によって,水との親和性に関してどのような変化が期待できるか。 簡潔に答えなさい。
問４　ポリビニルアルコールに含まれるヒドロキシ(ル)基の40％をホルムアルデヒドで処理してビニロンにした場合,ビニロン中の炭素が質量にして何％含まれているか答えなさい。ただし,有効数字は2けたとし,計算過程も示しなさい。



■神戸薬科大学 (2013 薬 )

必要があれば,次の値を用いよ。　原子量　H＝1.0, C＝12, O＝16　
ポリ酢酸ビニルをアルカリ水溶液と反応させて,完全に加水分解してポリビニルアルコール100gを得た。
この分子中のヒドロキシ(ル)基の44％が反応してビニロンが生成するとき,必要な30％のHCHO水溶液の質量[g]はいくらか。次の中から最も近い値を選べ。
(1)　5 　(2)　10 　 (3)　20　 (4)　30　 (5)　40　 (6)　50　 (7)　80　 (8)　100



■神戸学院大学 (2011 薬 一部改)

必要があれば,次の値を用いよ。　原子量　H＝1.0, C＝12, O＝16　

ポリビニルアルコール500g中に含まれるヒドロキシ基の32％を,質量パーセント濃度30％のホルムアルデヒド水溶液で処理して,ビニロンを得た。次の問に答えよ。
この反応に必要なホルムアルデヒド水溶液の質量[g]に最も近い数値を,次のA～Fのうちから1つ選べ。
A　55　 　B　91　　 C　137　 D　182　 　E　273　 　F　364



■埼玉大学 (2013 後期 理 工　一部改)

必要があれば,次の値を用いよ。　原子量　H＝1.0, C＝12, O＝16　
ビニロンはわが国で開発された合成繊維であり,酢酸ビニルから以下の工程によりつくることができる。まず,酢酸ビニルの付加重合により,ポリ酢酸ビニルを合成し,これを水酸化ナトリウム水溶液でけん化することにより,ポリビニルアルコールを得る。ポリビニルアルコールを糸にした後,酸性条件下,ホルムアルデヒドHCHOの水溶液で処理し,ポリビニルアルコール分子中のヒドロキシ基の約30～40％をアセタール化して,水に溶けないようにしたものがビニロンである。

(a)　ビニロンは適度な吸湿性を示し,乾きにくい繊維である。その理由を簡潔に述べよ。
(b)　下線部の化学反応により,ポリビニルアルコール100.0gからビニロン105.4gを合成したい。質量パーセント濃度30％のホルムアルデヒドの水溶液がどれくらい必要か,その質量[g]を
有効数字2けたで求めよ。また,計算過程も示せ。
(c)　下線部の化学反応により,ポリビニルアルコール中のヒドロキシ基の35.0％をアセタール化したビニロン100gを合成したい。必要なポリビニルアルコールの質量[g]を有効数字3けたで求めよ。また,計算過程も示せ。




■高知大学 (2009 教育 理)

必要があれば,次の値を用いよ。　原子量　H＝1.0, C＝12, O＝16
三重結合をもつアルキンにもいろいろな化合物を付加させることができる。例えば,硫酸水銀(Ⅱ)を触媒として,アセチレン(エチン)に水を付加させると,ビニルアルコールを経て,　ア　が生成する。また,アセチレンは塩化水素や酢酸とも付加反応を起こし,それぞれ塩化ビニルや酢酸ビニルが生成する。ここで得られた酢酸ビニルを　イ　させるとポリ酢酸ビニルが得られる。
(a)ポリ酢酸ビニルを水酸化ナトリウム水溶液で処理し加水分解すると,水溶性のポリビニルアルコールが得られる。(b)ポリビニルアルコールを紡糸して繊維にした後,適量のホルムアルデヒドと反応させてアセタール化すると,水に不溶で適度の吸湿性を示すビニロンが得られる。

問１　空欄　ア, イ に適切な語句または物質名を入れよ。
問２　下線部(a)で,ポリ酢酸ビニル100gを完全に加水分解すると,理論上ポリビニルアルコールは何g得られるか計算せよ。答えは有効数字3桁で示せ。
問３　下線部(b)で,アセタール化により得られるビニロンは水に不溶で適度の吸湿性を示す。この理由を簡潔に説明せよ。




■慶應義塾大学 (2011 理工 一部改)

次の文章を読み,(ア)にあてはまる物質名を答え,(イ)(ウ)には有効数字3桁の数値を書きなさい。必要があれば,次の値を用いよ。　原子量　H＝1.0, C＝12, O＝16　

ビニロンは日本で開発された合成繊維であり,ポリビニルアルコールをホルムアルデヒドで処理することによって得られる。ポリビニルアルコール中の40.0％のヒドロキシ基がホルムアルデヒドと反応した場合,ポリビニルアルコール3.52kgから　(イ)　 kgのビニロンが得られる。
ポリビニルアルコールは,構造上はビニルアルコールの付加重合体である。しかし,ビニルアルコールは不安定であり容易に　(ア)　に変わるために,ビニルアルコールをモノマーとして使うことはできない。そのため,酢酸ビニルを付加重合してポリ酢酸ビニルとした後,塩基を用いた加水分解によってポリビニルアルコールを合成する。ここで,6.02kgのポリ酢酸ビニルを完全に加水分解するためには,　(ウ)　 kgの水酸化ナトリウムが必要である。



■金沢大学 (2013 後期 理工　一部改)

必要があれば,次の値を用いよ。　原子量　H＝1.0, C＝12, O＝16　

…(略)…また,酢酸ビニルを付加重合させて得られるポリ酢酸ビニルを　ア　してポリビニルアルコールへと変換した後,①適量のホルムアルデヒド水溶液で処理することにより　イ　が得られる。
　イ　は,木綿によく似た性質を有しており,　ウ　と同様に日本で開発された合成繊維である。

問１ ア～ウにあてはまる適切な語句または物質名を記入しなさい。
問２ 下線部①の処理により,ポリビニルアルコール分子中のヒドロキシ基の30～40％をアセタール化する。どうしてこのような処理を施すのか。また,60～70％程度のヒドロキシ基を残すのはなぜか。これらの理由を70字以内で述べなさい。
問３ 下線部①の処理により,ポリビニルアルコール分子中のヒドロキシ基の40％をアセタール化する時,ポリビニルアルコール60gは,理論上,何gに変化するか。有効数字3桁で答えなさい。




■岐阜大学 (2011 医 応用生物科 工 一部改)

必要があれば,次の値を用いよ。　原子量　H＝1.0, C＝12, O＝16　

ビニロンはポリ酢酸ビニルに以下の処理をして製造する。設問(1)～(3)に答えよ。
ポリ酢酸ビニルをアルカリ性水溶液で加水分解して水溶性のポリビニルアルコールとし,これを細孔から飽和硫酸ナトリウム水溶液中に押し出して紡糸する。最後にホルムアルデヒド水溶液(ホルマリン)で処理して一部をアセタール化すると,水に不溶の繊維であるビニロンになる。
なおアセタール化とは,二つのヒドロキシ基がホルムアルデヒドと反応して-O-CH2-O-構造になることである。

(１)　ポリビニルアルコールが水溶性である理由を25字以内で記せ。
(２)　ポリ酢酸ビニル100gを水酸化ナトリウムで完全に加水分解してポリビニルアルコールを得た。このとき消費された水酸化ナトリウムの重量[g]を答えよ。
(３)　紡糸したポリビニルアルコール100gに対してアセタール化したところ,生成物であるビニロンの重量は4.00g増加した。元のポリビニルアルコールのヒドロキシ基のうち,アセタール化されたものの割合[％]を求めよ。



■愛媛大学 (2009　医 教育 工 農 理)

高分子化合物に関する次の文章を読み,問に答えよ。
必要があれば,次の値を用いよ。　原子量　H＝1.0, C＝12, O＝16　
ポリビニルアルコールは酢酸ビニルの付加重合により得られる重合体をけん化することにより合成される水溶性の重合体である。この重合体をホルムアルデヒドで処理すれば,水に不溶な繊維であるビニロンが得られる。

問　ビニロンの合成において,ポリビニルアルコール10.0gの水酸基のうち50.0％がホルムアルデヒドと反応した場合のビニロンの生成量は何gとなるか。小数点以下一桁まで計算せよ。



いかがでしたか？何割解けましたか？
基本がわかっている人でも完答するのは,かなり難しいと思います。


本チャートは出題タイプを
Ⅰ.PVAからアセタール化した際に生成するビニロンの量を求めるタイプ
Ⅱ.ビニロンをアセタール化する際に必要なPVAの量を求めるタイプ
Ⅲ.アセタール化した割合を求めるタイプ
Ⅳ.反応に必要なホルムアルデヒドの量を求めるタイプ
の4タイプに分類し,これ以上ないくらいにわかりやすく解説しています。

過去問題は,2008年～2013年までに出題された過去問題を徹底的に分析しました。これだけ丁寧にわかりやすく解説しているものは,他にはありませんよ！


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□収録出題校
長崎大学(2008年),明治大学(2013年),法政大学(2012年),千葉大学(2009年),神戸薬科大学(2008年,2013年),神戸学院大学(2011年),埼玉大学(2013年),高知大学(2009年),慶應大学(2011年),金沢大学(2013年),岐阜大学(2011年),愛媛大学(2009年)

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油脂の分野では,特に計算問題が多く出題されます。
油脂の計算問題は,けん化価,ヨウ素価がわかれば大丈夫だと思っている人が多いのですが,
実際には,これらを絡めて最終的には油脂の分子式や油脂を構成する高級脂肪酸の示性式を求めさせる問題が多く出題されています。
したがって,代表的な高級脂肪酸であるパルミチン酸,ステアリン酸,オレイン酸,リノール酸,リノレン酸の示性式・C＝Cの数は,必ず覚えていなければいけません。





☆下記が実際に出題されている過去問題です。
挑戦してみてください。



■名古屋市立大学 (2011 薬 一部改)

油脂に関する以下の問いに答えよ。必要があれば次の原子量を用いよ。H＝1.0, C＝12, O＝16

　ある油脂A(分子量886)を構成する脂肪酸は,直鎖の飽和脂肪酸Bと,直鎖の不飽和脂肪酸Cであった。ただし不飽和脂肪酸Cは炭素－炭素間の三重結合を含まないものとする。油脂A22.15gに触媒を用いて水素を完全に付加させたところ,標準状態で1.12Lの水素が付加した。この水素付加反応により生成した油脂Dを水酸化ナトリウム水溶液で加水分解したのち,塩酸で酸性にしたところ,生成した脂肪酸は飽和脂肪酸Bのみであった。
問１．油脂A１分子中に含まれる炭素－炭素間の二重結合の数を求めよ。
問２．油脂Aを構成する不飽和脂肪酸Cとして,可能な示性式をすべて示せ。



■北海道大学 (2011 後期 工 獣医 水産 農 薬 理 )

油脂に関する以下の問いに答えよ。必要があれば次の原子量を用いよ。H＝1.0, C＝12.0, O＝16.0,Na＝23.0

　動植物の体内に存在する油脂は,高級脂肪酸とグリセリン(1,2,3-プロパントリオール)が縮合したエステル(トリグリセリド)である。１種類のトリグリセリドからなる油脂G4.16gを完全に加水分解するために,1.00mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を15.0mL必要とした。この反応溶液に塩酸を加え十分に酸性にしてからエーテルで抽出したところ,不飽和脂肪酸Hと飽和脂肪酸Jのみが得られた。一方,G4.16gをニッケル触媒を用いて水素と反応させたところ,標準状態で112mLの水素が付加し,油脂Kが得られた。さらにKを水酸化ナトリウム水溶液を用いて完全に加水分解した後,反応溶液に塩酸を加え十分に酸性にしてからエーテルで抽出したところ,ステアリン酸(C17H35COOH)とJのみが得られた。
問１　油脂Gの分子量を有効数字3桁で記せ。
問２　Hの物質量とJの物質量の比を整数で記せ。
問３　脂肪酸HとJの示性式を例にならって記せ。




■富山大学 (2010 工　理 )

油脂に関する以下の問いに答えよ。必要があれば次の原子量を用いよ。H＝1.0, C＝12.0, O＝16.0,K＝39.0, Br＝80.0
問１ 油脂は炭素原子数の多い脂肪酸とグリセリンのエステルである。水酸化カリウムによる油脂のけん化の化学反応式を書け。ただし,油脂１分子を構成する3分子の脂肪酸は,R-COOH, R'-COOHおよび R''-COOHとせよ。
問２ ある油脂(分子量880)は,炭素原子数が18個の飽和脂肪酸2分子と,炭素原子数が18個の不飽和脂肪酸1分子と,グリセリンとのエステルであった。また,この不飽和脂肪酸の二重結合は, カルボキシル基の炭素原子を1番目とすると,9番目と10番目の炭素原子間に一個あり,その配置はシス形であった。この油脂1gをけん化するのに必要な水酸化カリウムは何gか。小数点第２位まで求めよ。
問３ この油脂のけん化により得られる不飽和脂肪酸1gに付加できる臭素は何gか。小数点第2位まで求めよ。




■筑波大学 (2011 医　情報　人間　生命環境　理工)

油脂に関する以下の問いに答えよ。
必要があれば,次の値を用いよ。　原子量　H＝1.00, C＝12.0, O＝16.0, K＝39.1

　油脂を完全にけん化するのに必要な水酸化カリウムの質量から,油脂を構成する脂肪酸の平均分子量を求める方法もある。
問　下線部に関して,ある油脂1.00gを完全にけん化するのに水酸化カリウムが0.193g必要であった。次の問に答えよ。ただし,この油脂を構成する脂肪酸は１種類のみとする。

(ⅰ)　この油脂を完全にけん化することにより生じるアルコールの構造式を示せ。
(ⅱ)　この油脂の分子量を有効数字3桁で求めよ。
(ⅲ)　この油脂を構成する脂肪酸の分子量を有効数字3桁で求めよ。




■神戸大学 (2012　発達科　理　医　工　農　海事科)

必要があれば,次の値を用いよ。　原子量　H＝1.00, C＝12.0, O＝16.0　

　廃食用油などの油脂を有効利用して,セッケンやバイオディーゼル燃料がつくられている。
油脂に水酸化ナトリウム水溶液を加えて加熱すると,油脂はけん化されて,高級脂肪酸のナトリウム塩(セッケン)とグリセリン(1,2,3-プロパントリオール)が生じる。油脂1molのけん化には水酸化ナトリウムが　ア　 mol必要である。一定質量の油脂をけん化する場合,油脂の分子量が　イ　ほど必要な水酸化ナトリウムの量は少なくなる。セッケンは　ウ　酸と　エ　塩基の塩であるため,水中で一部が加水分解して　オ　性を示す。また,セッケンの水溶液に塩酸を加えると白濁する。
　一方,水酸化ナトリウムを触媒として油脂とメタノールを反応させると,高級脂肪酸のメチルエステルとグリセリンが生じる。この脂肪酸メチルエステルはバイオディーゼル燃料とよばれ,軽油の代替品として使用することができる。
　天然の油脂を構成する不飽和脂肪酸は炭素原子間の二重結合の部分で分子が折れ曲がっているが,飽和脂肪酸は分子の形が直線状である。このため,飽和脂肪酸は分子どうしが並びやすく,　カ　　力が大きい。したがって,構成脂肪酸に飽和脂肪酸が多く含まれる油脂は室温で固体のものが多いが,不飽和脂肪酸の割合が多い油脂は室温で　キ　のものが多い。

問１　空欄　ア　～　キ　にあてはまる適切な語句または数字を記入しなさい。
問２　ある油脂43.9gをすべて脂肪酸メチルエステルに変換するのに,メタノール4.80gが必要であった。この油脂は同一の脂肪酸のみから構成され,脂肪酸には炭素原子間に二重結合が２つ存在する。
(１)　油脂の分子量を有効数字３けたで求めなさい。
(２)　油脂を構成する脂肪酸R-COOHのR-をCmHn-としたとき,m,nの値を求めなさい。




■信州大学 (2013 理 一部改)

必要があれば,次の値を用いよ。　原子量　H＝1.00, C＝12.0, O＝16.0, Na＝23.0　

　食用油やバターは油脂とよばれる成分からできており,油脂はグリセリンと脂肪酸が反応して生成する。油脂は,グリセリンの[　a　]基と脂肪酸の[　b　]基から水分子がとれた[　c　]である。脂肪酸には炭化水素基が単結合のみで構成される[　d　]と二重結合が1つ以上含まれる[　e　]がある。
　この油脂からセッケンをつくることができる。セッケンは汚れを落とす目的で広く用いられる生活用品であり,一般的にはパルミチン酸ナトリウムやステアリン酸ナトリウムなど,炭化水素鎖の比較的長い脂肪酸の[　f　]が用いられる。炭化水素鎖の長い脂肪酸は[　g　]とよばれる。セッケンは炭化水素基が[　h　],イオン部位が[　i　]となっていて,水と油の両方になじむ性質をもつ。セッケンを水に溶かすと,ある濃度以上で多数の分子が集合して水和しやすい構造体をつくる。このような構造体をはじめとする直径1～100nm程度の粒子を総称してコロイド粒子とよぶ。コロイド粒子が関係する現象としてはチンダル現象が有名である。
　実際にセッケンをつくってみよう。①油脂と水酸化ナトリウムを加熱しながら混合すると,脂肪酸の[　f　]が生成するが,そのままでは固体としては得られない。多量の電解質を加えれば,白色の沈殿としてセッケンをつくることができる。

(１)　[　a　]～[　i　]に適切な語句を記入せよ。
(２) 下線部①の過程5.00×10－2molの油脂から生成するセッケンの質量を,有効数字3桁で求めよ。計算過程も記せ。けん化反応が完全に進行するとして,生成したセッケンの分子式はC15H31COONaのみとする。




■山形大学 (2012 理工 )

油脂に関する以下の問いに答えよ。必要があれば次の原子量を用いよ。H＝1.0, C＝12, O＝16,Na＝23
計算結果は有効数字２桁で示せ。

水酸化ナトリウム水溶液を用いて,油脂を完全にけん化したところ,単一の分子式C14H27O2Naを有するセッケン25gが得られた。油脂の質量を求めなさい。




■埼玉大学 (2013　後期日程 理 工 一部改)

必要があれば,次の値を用いよ。　原子量　H＝1.0, C＝12.0, O＝16.0　

脂質は単純脂質と複合脂質に分類され,①単純脂質には油脂がある。油脂は3価アルコールであるグリセリン1分子に脂肪酸3分子がエステル結合したもので,エステルの一種である。
下線部①に関連して,分子量1096の油脂137gに含まれる,すべての炭素－炭素二重結合に水素を付加させるには,標準状態の水素が5.6L必要であった。この油脂1分子中には何個の炭素-炭素二重結合が含まれているか答えよ。また,計算過程も示せ。ただし,油脂の不飽和結合は二重結合のみとする。




■弘前大学 (2012 後期　教育　理工　農学生命 )

油脂に関する以下の問いに答えよ。必要があれば次の原子量を用いよ。H＝1.00, C＝12.0, O＝16.0,I＝126.9

〔Ⅰ〕　油脂は〔　a　〕と高級脂肪酸の〔　b　〕である。動物や植物に含まれる油脂には,常温で固体の〔　c　〕と,液体の〔　d　〕がある。動物性油脂には,一般に〔　e　〕が多く含まれており,一方,植物性油脂は〔　f　〕を多く含む。
問１　〔　　　〕内のaからfに適切な語を入れよ。
問２　リノール酸に含まれる炭素原子間の二重結合の数は何個かを記せ。
問３　オレイン酸のみを含む油脂Dとリノレン酸のみを含む油脂Eがある。油脂DおよびEの分子量を求めよ。計算の過程も合わせて示せ。
問４　油脂の中にはヨウ素により付加反応を受けるものがある。100gの油脂に対して付加するヨウ素の質量をグラム単位で表した数値をヨウ素価という。油脂Eのヨウ素価を求めよ。
　　　計算の過程も合わせて示せ。
問５　油脂Dのヨウ素価は油脂Eのそれよりも高いか,それとも低いか。その理由も合わせて記せ。




■熊本大学 (2013　理　医 薬　工)

必要があれば,次の値を用いよ。　原子量　H＝1.0, C＝12, O＝16　

　油脂は高級脂肪酸と　ア　のエステルである。油脂には,常温で固体である　イ　と,液体である　ウ　がある。　ウ　に触媒を用いて水素を付加させると,固体の　エ　に変わる。植物油からこの方法で製造された　エ　が,マーガリンの主材料になっている。油脂に水酸化ナトリウム水溶液を加えて加熱すると,油脂はけん化されて,高級脂肪酸のナトリウム塩であるセッケンと　ア　になる。セッケンは,分子内に長い炭化水素基からなる　オ　部分と,電荷を帯びた　カ　部分をもつ。

問１　文中の　ア　～　カ　に適切な語句を入れよ。
問２　常温で固体である油脂と液体である油脂について,それぞれの油脂を構成する高級脂肪酸の違いを説明せよ。
問３　炭素数が16である１種類の高級脂肪酸を構成成分とする油脂の分子量を求めたところ,800であった。この油脂を構成する高級脂肪酸を示性式で示せ。また,この油脂400gに水素を付加する場合,最大何gの水素が付加されるか求めよ。




■金沢大学 (2011 医薬保健　人間社会　理工 一部改)

油脂に関する以下の問いに答えよ。原子量　H＝1.0, C＝12, O＝16　とする。

問　分子量1096の油脂について以下の(１)および(２)の問いに答えなさい。
(１)　この油脂137gに水素を完全に付加させるには標準状態の水素が5.6L必要であった。
　　　この油脂1分子中には何個の炭素間二重結合が含まれているか答えなさい。ただし,油脂中の不飽和結合は二重結合のみとする。また,計算過程も示しなさい。
(２)　この油脂を構成する脂肪酸は炭素数が同じである飽和脂肪酸と不飽和脂肪酸である。この油脂の分子式を答えなさい。計算過程も示しなさい。




■岐阜大学 (2013　医 工 応用生物)

必要があれば,次の値を用いよ。　原子量　H＝1.0, C＝12, O＝16, I＝127
計算結果は有効数字２桁で示せ。

　油脂は,(a)グリセリン1分子と高級脂肪酸　ア　分子が　イ　結合を形成したものである。
この高級脂肪酸には飽和脂肪酸と不飽和脂肪酸があり,炭素数18の飽和脂肪酸としてはステアリン酸が,また炭素数18で不飽和結合(　ウ　型二重結合)を1個持つものとしてはオレイン酸が,炭素数18で不飽和結合を　エ　個持つものとしてリノール酸がある。不飽和脂肪酸を含む油脂では,(b)不飽和結合1個にヨウ素1分子が付加する。また,オレイン酸を多く含む油脂は,常温で　オ　であるが,この油脂にニッケルを触媒として水素を付加させると,不飽和結合が飽和されて固体となり硬化油となる。これはアルケンに触媒を使って水素を付加して,アルカンをつくる反応と同じである。　ウ　型二重結合を持つ油脂に水素を付加させる反応の過程では,副反応としてトランス型二重結合が生じることがある。これがトランス型の不飽和脂肪酸といわれるものである。

問１．　ア　～　オ　にあてはまる適切な語句あるいは数字を入れよ。
問２．下線部(a)について,グリセリンの構造式を書け。
問３．下線部(b)について以下の(１)と(２)に答えよ。
(１)　ある油脂１分子は,オレイン酸が１分子結合し,他はすべてリノール酸が結合しているとすると,この油脂1分子にはヨウ素分子I2は何分子付加することができるか,答えよ。
(２)　上記(1)の油脂100gには,最大何gのヨウ素が付加できるか,答えよ。




■岐阜大学 (2011 医　応用生物科　工 )

油脂に関する以下の問いに答えよ。原子量　H＝1.00, C＝12.0, O＝16.0,
計算結果は特に指定のない限り有効数字３桁で示せ。

油脂を構成する脂肪酸の種類を決定するために以下の実験Ⅰから実験Ⅲを行った。
〔実験Ⅰ〕　油脂Xに水酸化ナトリウム水溶液を加えて加熱し,十分に反応させた。これに塩酸を加えて酸性とし,有機溶媒を用いて抽出したところ,脂肪酸Aと脂肪酸B(物質量比で1：2)の混合物Cが得られた。
〔実験Ⅱ〕　4.40gの油脂Xに触媒を用いて完全に水素を付加したところ,標準状態に換算して560mLの水素が消費され,油脂Yへと変化した。この油脂Yを実験Ⅰと同様に処理したところ,１種類の脂肪酸Dが得られた。

問１．13.2gの油脂Xをけん化するのに,2.00mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を22.5mL必要とした。油脂Xの分子量を求めよ。
問２．１分子の油脂Xに含まれるC＝C結合の数を求めよ。
問３．脂肪酸Dの示性式を示せ。





いかがでしたか？意外に手こずったのではないでしょうか？


本チャートは出題タイプを
Ⅰ.油脂の平均分子量を求めるタイプ
Ⅱ.油脂のけん化に必要なNaOHまたはKOHの量を求めるタイプ
Ⅲ.炭素間二重結合の数を求めるタイプ
Ⅳ.油脂に付加する水素またはヨウ素の量を求めるタイプ
Ⅴ.油脂の分子式または油脂を構成する脂肪酸の示性式を求めるタイプ
の5タイプに分類し,これ以上ないくらいにわかりやすく解説しています。


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□収録出題校
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今日は,アルカリ金属に関する正誤問題です。

周期表の１族に属する元素には,水素H,リチウムLi,ナトリウムNa,カリウムK,ルビジウムRb,セシウムCs,フランシウムFrがあり,水素を除く元素をアルカリ金属とよびます。

アルカリ金属の単体は,いずれも銀白色の光沢をもち,密度が低く,軟らかく,融点が低いという特徴を持ちます。
また,１族の原子は１個の最外殻電子をもち,１個の電子を放出して１価の陽イオンになりやすいため反応性(還元力)が高くなります。

★★★アルカリ金属を学習する上でのポイント★★★
① アルカリ金属の代表であるナトリウムの単体,酸化物,水酸化物, 炭酸水素塩,炭酸塩の性質・反応を整理しておさえる。
② 原子番号の増加に対しての原子半径,密度,融点,イオン化エネルギーの大小傾向とその理由を理解する。
③ 炭酸ナトリウムと炭酸水素ナトリウムの共通点・相違点を比較して覚える。
④ 水酸化ナトリウム,炭酸ナトリウムの工業的製法は頻出なので,きちんと反応の流れを理解する。


☆それでは,問題に挑戦してみてください。

■Ｑ１
単体のナトリウムは,塩化ナトリウムの融解塩電解によって製造される。○or×


■Ｑ２
一般に,アルカリ金属の原子半径,密度,イオン化エネルギーは原子番号が大きくなるほど大きくなり,融点は,原子番号が大きくなるほど低くなる。→ ○or×


■Ｑ３
アルカリ金属の単体は,乾いた空気中でもすぐに酸化されて,酸化物が生成する。○or×


■Ｑ４
アルカリ金属の単体は,常温の水と反応して水酸化物になり,酸素を発生する。○or×


■Ｑ５
ナトリウムの化合物を,白金線につけてバーナーの外炎に入れると,赤色を示す。○or×


■Ｑ６
アルカリ金属の酸化物は,水と反応して水酸化物になり,酸と反応して塩を生成する。○or×


■Ｑ７
酸化ナトリウムは二酸化炭素を吸収し,炭酸ナトリウムが生成する。○or×


■Ｑ８
水酸化ナトリウムは,工業的には,炭酸ナトリウム水溶液の電気分解を利用して製造される。○or×


■Ｑ９
水酸化ナトリウムや水酸化カリウムの固体は,空気中に放置すると,水蒸気を吸収し表面が次第に溶け出す。○or×


■Ｑ10
水酸化ナトリウムや水酸化カリウムの固体や水溶液は,二酸化炭素とは反応しない。○or×


■Ｑ11
炭酸ナトリウムは,工業的には,水酸化ナトリウムの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,これを集めて加熱することによりつくられる。


■Ｑ12
炭酸ナトリウムと炭酸水素ナトリウムは,いずれも水によく溶け,その水溶液は酸性を示す。


■Ｑ13
炭酸ナトリウムと炭酸水素ナトリウムをそれぞれ加熱すると,いずれも容易に熱分解し,二酸化炭素が発生する。


■Ｑ14
Na2CO3・10H2Oを空気中に放置すると,水和水を失ってNa2CO3・H2Oになる。このような現象を風解という。







以下は解答と解説です。

□Ａ１→ ○

☆解説
アルカリ金属・２族元素の単体は自然界には存在せず,融解塩電解によって得られます。
融解塩電解とは,イオン結合性の化合物を加熱し,融解液(液体)の状態にして電気分解することをいいます。
例えば,陽極に黒鉛C,陰極に鉄Feを用いて塩化ナトリウムNaClを融解して電気分解すると,陰極には単体のナトリウムNaが析出します。

☆融解塩電解を用いる理由
イオン化傾向(下記参照)が水素より大きい金属塩の水溶液を電気分解すると,水溶液中の水素イオンH＋の方が電子を受け取ってしまい(水素H2が発生),金属の単体は析出しません。
そこで,水H2O(水素イオン)が存在しない金属化合物の融解液(液体)を電気分解することで,金属イオンの方が電子を受け取ることができ,金属の単体が析出します。

☆イオン化傾向
イオン化傾向とは,金属の単体が水溶液中で電子を放出して陽イオンになろうとする性質で,その順序をイオン化列といい,次のようになります。




□Ａ２→ ×

☆解説
原子半径,密度(一部で逆転),融点についての記述は合っていますが,イオン化エネルギーは原子番号が大きくなる(周期表の下に行く)ほど小さくなります。

☆原子半径
アルカリ金属に限らず,同族間の原子半径は原子番号が大きくなるほど大きくなります。これは,最外殻電子がより外側の電子殻に存在するためです。

☆密度
一般に,アルカリ金属間の密度は原子番号が大きくなるほど大きくなります。(ただし,ナトリウムとカリウムは逆)
リチウム,ナトリウム,カリウムの密度は,水の密度(1.00g/cm3)より小さいため水に浮きます。金属単体中で密度が1.00g/cm3以下となるのは,Li(0.53g/cm3),Na(0.97g/cm3),K(0.86g/cm3)のみです。


☆イオン化エネルギー
イオン化エネルギーとは,一般に原子から１個の電子を取り去って一価の陽イオンにするのに必要なエネルギーをいいます。
同族間では,原子番号が大きいほど,最外殻電子がより外側の電子殻に存在し原子核の正電荷との引力が弱くなるため,イオン化エネルギーは小さくなります。


☆融点
アルカリ金属の１原子あたりの自由電子の数はどれも１個で等しいですが,原子番号が大きいほど,原子半径が大きくなり,単位体積あたりの自由電子の数は相対的に少なくなります。つまり,原子番号が大きくなるほど,金属間の結合が弱くなるため,融点は低くなります。
ちなみに,ナトリウムからセシウムまでの融点は水の沸点(100℃)より低くなります。





□Ａ３→ ○

☆解説
アルカリ金属の単体は,空気中の酸素O2と速やかに反応し,酸化物が生成します。
例えば,ナトリウムは酸素と反応して,酸化ナトリウムNa2Oとなり金属光沢を失います。

4Na + O2 → 2Na2O

金属の単体の空気中での反応は,次のようになります。





□Ａ４→ ×

☆解説
アルカリ金属の単体は,反応性に富むため,常温の水と反応しますが酸素ではなく水素が発生します。
例えば,ナトリウムは水と激しく反応して,水酸化ナトリウムNaOHになり,水素を発生します。

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2

Q３,４のように,アルカリ金属の単体は,常温の水や空気中の酸素と反応しやすい
ため,リチウム,ナトリウム,カリウムは石油中に保存します。

金属の単体と水との反応は,次のようになります。



□Ａ５→ ×

☆解説
赤色ではなく黄色を示します。
アルカリ金属やアルカリ土類金属などの単体や化合物を炎の中に入れると
金属特有の色を示します。この反応を炎色反応といい,アルカリ金属の化合物は,
すべて水に溶け沈殿を作らないため,成分元素の検出には炎色反応を利用します。
アルカリ金属では,リチウム,ナトリウム,カリウムの３つの色を覚えましょう。




□Ａ６→ ○

☆解説
金属元素の酸化物の多くは,水に溶けて塩基性を示したり,酸と反応して塩を生じます。このような酸化物を塩基性酸化物とよんでいます。

アルカリ金属の酸化物は塩基性酸化物で,水と反応して水酸化物となり,その水溶液は強い塩基性を示します。

例えば,酸化ナトリウムNa2Oは水と反応し,水酸化ナトリウムが生成します。
Na2O + H2O → 2NaOH

また,酸との反応では,酸化ナトリウムは塩酸と反応し,塩である塩化ナトリウムが生成します。

Na2O + 2HCl → 2NaCl + H2O



□Ａ７→ ○

☆解説
次のように,白色の炭酸ナトリウムNa2CO3が生成します。
Na2O + CO2 → Na2CO3

アルカリ金属の酸化物の反応は,代表である酸化ナトリウムの次の３つの反応をおさえましょう。





□Ａ８→ ×

☆解説
水酸化ナトリウムNaOHは,工業的には,塩化ナトリウムNaCl水溶液の電気分解を利用して製造されます。
現在主流である陽イオン交換膜法について解説します。

☆陽イオン交換膜法
陽イオン交換膜法では,下図に示すように,電解槽内部が陽イオン交換膜(※１)により,陽極室と陰極室に分けられて陽極室には飽和NaCl水溶液,陰極室に薄いNaOH水溶液(水の場合もある。)を入れています。

※１ 陽イオン(Na＋)は通過させるが,陰イオン(Cl－,OH－)は通過させない膜


電気分解すると,陽極室ではCl－イオンが減少(塩素Cl2が発生)し,陰極室ではOH-イオンが増加(水素H2が発生)します。すると,その電荷を打ち消すためにNa＋イオンが陽極室から陰極室へ陽イオン交換膜を通って移動し,結果として,陰極室にNaOH水溶液が生成します。さらに,これを濃縮すると純度の高いNaOHが得られます。





□Ａ９→ ○

☆解説
固体が空気中の水蒸気を吸収して,その水分に固体が溶けていく現象を潮解と
いいます。潮解性をもつ物質は,次のようになります。

☆潮解性をもつ物質
水酸化ナトリウムNaOH,水酸化カリウムKOH,リン酸H3PO4,
塩化カルシウムCaCl2,塩化マグネシウムMgCl2,塩化鉄(Ⅲ)六水和物FeCl3・ 6H2O

水酸化カリウムKOHは苛性カリ,水酸化ナトリウムNaOHは苛性ソーダとも
よばれ,ともに無色半透明(白色と表記される)の固体です。
水酸化ナトリウムは,紙やセッケンの製造に用いられます。



□Ａ10→ ×

☆解説
水酸化ナトリウムや水酸化カリウムの固体や水溶液は,二酸化炭素を吸収し,炭酸塩や炭酸水素塩を生成します。
例えば,水酸化ナトリウムは二酸化炭素を吸収し,白色の炭酸ナトリウムNa2CO3が生成します。

2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O

生成した炭酸塩に,さらに二酸化炭素を吸収させると,炭酸水素塩が生成します。

例えば,炭酸ナトリウムは二酸化炭素を吸収し,白色の炭酸水素ナトリウム
NaHCO3が生成します。

Na2CO3 + H2O + CO2 → 2NaHCO3

☆NaOHとKOHの性質
① 無色半透明
② 潮解性をもつ。
③ 加熱しても,熱分解はしない。
④ 水によく溶け,その水溶液は強塩基性を示す。
⑤ 二酸化炭素を吸収し,炭酸塩を生成する。さらに,二酸化炭素を吸収すると炭酸水素塩が生成する。



□Ａ11→ ×

☆解説
水酸化ナトリウム水溶液ではなく,塩化ナトリウムNaClの飽和水溶液です。
この製法をアンモニアソーダ法またはソルベー法といい,天然に豊富に存在する岩塩or海水NaClと石灰岩CaCO3から,炭酸ナトリウムNa2CO3を製造する製法で,
以下の５つの工程からなります。

☆アンモニアソーダ法

●主反応①
NaClの飽和水溶液にアンモニアNH3を十分に吸収させてから,二酸化炭素CO2を吹き込むと溶解度の小さい炭酸水素ナトリウムNaHCO3が沈殿します。

主反応①：NaCl + H2O + NH3 + CO2 → NaHCO3 + NH4Cl

●主反応②
生成したNaHCO3の沈殿をろ別し,これを焼くとNa2CO3が得られます。
主反応②： 2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2

アンモニアソーダ法が考えられた当時NH3は貴重で,原料をなるべく回収して安く作るために,リサイクル法が考えられました。つまり,これが副反応となります。

●副反応③
主反応②で生成するCO2は,主反応①の反応に再利用されますが,この量だけでは充分でないので,次の副反応③に示すようにCaCO3を熱分解し,必要量のCO2を得ています。

副反応③：CaCO3 → CaO + CO2

●副反応④
さらに,副反応③で生成するCaOに水に加えてCa(OH)2とします。

副反応④：CaO + H2O → Ca(OH)2

●副反応⑤
副反応④で生成したCa(OH)2とNH4Clとを加熱反応させることでNH3を回収し,
主反応①の反応に再利用しています。

副反応⑤：Ca(OH)2 + 2NH4Cl → CaCl2 + 2NH3 + 2H2O

●全体の反応式
全体の反応式：2NaCl + CaCO3 → CaCl2 + Na2CO3

アンモニアソーダ法は,５段階あり最も厄介な工業的製法ですが,次の系統図を頭に入れて,整理しておさえましょう。




□Ａ12→ ×

☆解説
炭酸ナトリウムNa2CO3は,白色粉末で水によく溶け,その水溶液は加水分解によって比較的強い塩基性を示します。

一方,炭酸水素ナトリウムNaHCO3は,白色粉末で重曹(じゅうそう)ともよばれ,水に少し溶け,その水溶液は加水分解によって弱い塩基性を示します。

炭酸ナトリウムは,アンモニアソーダ法によって大量に作られ,ガラス,セッケン,紙などの製造に,炭酸水素ナトリウムは,胃腸薬,ふくらし粉(ベーキングパウダー),入浴剤などに用いられています。



□Ａ13→ ×

☆解説
炭酸水素ナトリウムは,加熱すると容易に熱分解し炭酸ナトリウムと二酸化炭素を発生します。

2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O



□Ａ14→ ○

☆解説
炭酸ナトリウムを水溶液中から再結晶を析出させると,炭酸ナトリウム十水和物Na2CO3・10H2Oの結晶が得られます。
このNa2CO3・10H2Oを空気中に放置すると,自然に水和物の一部が失われて,Na2CO3・H2Oの白色粉末になります。

このように水和物が結晶水を失って粉末になる現象を風解といいます。
潮解と風解は混同しやすいので,注意してください。


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