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)
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ハロゲンに関する理由を記述する問題
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