身の回りの化学(用途・材料) 1族元素編

今日から、センター試験の化学基礎や化学で頻出テーマである身の回りの化学(用途・材料)について解説します。


今日は、1族元素編について。

センター試験は特に時間が勝負なので、あるキーワードに対して
いくつかの関連用語が条件反射的にイメージできるようになることが重要です。


そこで、用途や材料に関するテーマで
入試問題をデータベースソフトで徹底的に調べ上げ、「用途・材料のキーワード」に対する条件反射的に思い浮かべてほしい「物質」をまとめて見ました。



ガラスの原料、洗剤(界面活性剤の働きを高める助剤)……炭酸ナトリウムNa2CO3

ふくらし粉(ベーキングパウダー)、胃腸薬(塩酸を中和するため)、入浴剤、重曹（別名）……炭酸水素ナトリウムNa2HCO3

塩、調味料、化学工業で広く利用
……塩化ナトリウムNaCl

ボタン電池
……リチウムLi

燃料電池
……水素H2

セッケン、紙の原料、化学工業で広く利用
……水酸化ナトリウムNaOH




以下は、用途・材料に関して出題された問題です。



■2013 埼玉大学 理　工


　近年，携帯電話やノートパソコンなどの電子機器に，①イオン化傾向が大きいアルカリ金属の　ア　を活用した二次電池が幅広く利用されている。また，水素と　イ　の化学反応を利用する燃料電池は，クリーンな発電システムとして注目されている。水素は②水の電気分解によって製造することができ，より効率的な燃料電池を目指して，③水素を吸蔵する金属の研究開発も進められている。燃料電池の電解質には様々な無機化合物が用いられており，その化合物の1つに④リン酸がある。リン酸を電解質に用いた燃料電池では，水素イオンがリン酸水溶液中を移動し，　イ　と反応して電流を生じる。電流の発生は負極および正極における⑤酸化還元反応に起因する。

(a)　空欄アおよびイにあてはまる適切な物質名を書け。

答え…
ア　リチウム
イ　酸素


■2012 熊本大学 理　医　薬　工

　周期表の1族に属するリチウム，ナトリウム，カリウムなどの元素を　ア　，2族に属するカルシウム，ストロンチウム，バリウムなどの元素を　イ　という。　ア　のイオン半径の大きさは，同じ周期の　イ　よりも　ウ　。また，　ア　と　イ　は天然には単体として存在しないため，　エ　によってつくられる。　ア　は空気中の酸素や水と反応しやすいため，その保存は　オ　の中で行われる。
　　イ　であるカルシウムの確認には，炎色反応が用いられ，　カ　色を示す。a)カルシウムの単体は常温で水と反応し，b)得られた水溶液は二酸化炭素と反応して白い沈殿物　キ　を生じる。　キ　は石灰石や大理石の主成分であり，c)二酸化炭素を含む水に溶ける。
　d)　キ　を900℃以上に加熱することによって生じる酸化カルシウムは，乾燥剤などに用いられている。天然に存在するセッコウは硫酸カルシウム二水和物が主成分であり，e)140℃に加熱すると焼きセッコウになる。

(問1)　文中の　ア　～　カ　に適切な語句を，　キ　に適切な化学式をそれぞれ記せ。

(問2)　炭酸ナトリウムは，ガラスなどの原料として多量に用いられている。炭酸ナトリウムの工業的な製造法の名称を記せ。また，この工程では飽和食塩水に2つの物質を添加して炭酸水素ナトリウムを沈殿させ，その後，熱分解して炭酸ナトリウムを得る。飽和食塩水に加えられる2つの物質を化学式で記せ。


答え…
(問1)
ア　アルカリ金属　　イ　アルカリ土類金属　　ウ　大きい　　エ　融解塩電解
オ　石油　　カ　橙　　キ　CaCO3

(問2)　アンモニアソーダ法 [ソルベー法]，CO2，NH3



■2012 京都女子大学 文　発達教育　家政　現代社会　法

　ナトリウムの単体はやわらかく，ナイフで容易に切断することができるが，(a)空気中では直ちに酸化されるため，(b)ナトリウムの単体の保存には注意が必要である。一般にナトリウムのようにイオン化傾向の大きい金属の単体は，水溶液の電気分解では得ることができない。そのため，(c)その酸化物や塩を融解したのち，これを電気分解して単体を得る。
　ナトリウムを含む重要な工業原料である炭酸ナトリウムは，ガラスの製造などのために大量に合成されている。下の図は…以下略…。

(1)～(5)略

(6)　化合物D(炭酸水素ナトリウム)は，胃液に含まれる塩酸を中和するために胃腸薬として利用されている。化合物Dと塩酸の反応の反応式を書きなさい。


(7)　化合物C(塩化カルシウム)の用途として次のなかから該当するものをすべて選びなさい。
(a)　乾燥剤(b)　入浴剤(c)　ベーキングパウダー
(d)　凍結防止剤(e)　肥料



■ 2013 明治大学一般 農

　ナトリウムは，軟らかい銀白色の金属で，水に触れると激しく反応し，ごくわずかな湿気にも反応するので皮膚に触れると激しく侵される。塩素は，刺激臭をもつ黄緑色の気体で，第一次世界大戦の最前線では毒ガス兵器として使用された。ただし，敵とほぼ同数の味方が死んだとされている。ナトリウムと塩素が接触すると激しく反応し，火の玉となって炎を上げ，白煙が立ち昇る。この煙は塩化ナトリウム(NaCl)，すなわち食塩であり，われわれの生活には欠かせないものである。ナトリウムも塩素も，自然界には単体では存在しない。

(1)　上記下線部の反応は，あるガスの発生を伴う。そのガスに関する記述として誤っているものは　16　である。
　16　　
A　宇宙で最も存在する量が大きい元素である。
B　最も軽い気体である。
C　捕集するときは下方置換で行う。
D　工業的には水の電気分解や，石油から得られた炭化水素を高温で水と反応させてつくられる。
E　最近では燃料電池にも利用される。
F　亜鉛に希硫酸を加えると発生する。


答え…
C

(2)　以下の物質の中で，乾燥剤として使われないものは　20　である。
　20　　
A　NaHCO3 B　CaOC　シリカゲル　　D　CaCl2　　E　H2SO4

(3)　リン酸は無色の結晶で，潮解性がある。以下の化合物の中で，潮解性を示さないものは　21　である。
　21　　
A　NaOHB　KOHC　MgCl2D　FeCl3
E　CaCl2F　Na2CO3･10H2O

答え
(1)　C(2)　B(3)　D



■東北大学 理

アルカリ金属元素であるナトリウムは，身近に多く存在する元素であり，その塩を日常でもよく利用している。料理の際には，塩化ナトリウムは調味料として，炭酸水素ナトリウムはふくらし粉として利用されている。塩素とナトリウムを含む化合物であるe)次亜塩素酸ナトリウムの水溶液は漂白剤に使用されている。また，f)塩化ナトリウム水溶液の電気分解を利用して得られる水酸化ナトリウムは，広く化学工業で用いられる。



■2013 早稲田大学 一般 基幹理工　創造理工　先進理工

　水素を燃料電池に導入すると，空気中の酸素を消費しながら，酸化還元反応に伴うエネルギーを電気エネルギーに変換し，電力として利用することができる。…以下略…


■2012 順天堂大学 一般 医

　イオン化傾向が最も大きな金属として，リチウム(Li)が知られている。同じ金属が正極であった時，リチウムを負極に用いると最も大きな起電力が得られる。それを利用したのがリチウム電池であり，現在ボタン電池などとして幅広く用いられている。リチウム電池の代表的なものは金属リチウムと二酸化マンガンをそれぞれ負極，正極とし，電解質としてはリチウム塩を用い，また電解液としてリチウム塩を溶解できる有機溶媒を用いている。リチウム電池に関する次の各問いに答えなさい。…以下略…



■2012 立命館大学 映像　スポーツ健康科　理工　情報理工　生命科　薬

ナトリウムは，イオン化傾向が大きく　あ　個の価電子を　い　して　う　価の　え　になりやすい。また，反応性も大きく(a)常温で水と反応して，水酸化ナトリウムになる。このため，単体のナトリウムは石油中に保存する。
　水酸化ナトリウムは，白色の固体で，空気中の水蒸気を吸収し，表面が次第に溶け出し，ついには水溶液になる。また，水酸化ナトリウムは，二酸化炭素と反応してベーキングパウダーや入浴剤の原料となる炭酸水素ナトリウムや，ガラスなどの原料として利用される炭酸ナトリウムを生じる。炭酸水素ナトリウムは，塩の種類としては　お　塩で，その水溶液は　か　である。一方，炭酸ナトリウムは，塩の種類としては　き　塩で，その水溶液は　く　である。(b)炭酸水素ナトリウムは加熱すると容易に分解して二酸化炭素を発生するが，炭酸ナトリウムは熱に安定な化合物である。
　炭酸ナトリウムの濃い水溶液を室温で放置して水分を蒸発させると，炭酸ナトリウム十水和物の結晶となる。また，炭酸ナトリウム十水和物の結晶を乾いた空気中に放置すると，徐々に水和水が失われ，その結晶の表面が白色粉末状になる。このように結晶が水和水を失う現象を　け　という。

〔1〕　文中の　あ　～　え　にあてはまる数字と語句の組み合わせとして，正しいものを下の①～⑥の中から選び，その番号を解答用紙にマークせよ。

　　　　　あ　　　　い　　　　う　　　　　　え　
①　　　　1　　　　放出　　　　1　　　　陰イオン
②　　　　1　　　　吸収　　　　1　　　　陰イオン
③　　　　1　　　　放出　　　　1　　　　陽イオン
④　　　　2　　　　吸収　　　　2　　　　陽イオン
⑤　　　　2　　　　放出　　　　2　　　　陽イオン
⑥　　　　2　　　　吸収　　　　2　　　　陰イオン

〔2〕　下線部(a)の反応で発生する気体の化学式を　　　内に記入せよ。

〔3〕　文中の　お　～　け　について，最も適当な語句を下の選択肢の中から選び，その番号を解答用紙にマークせよ。なお，同じ番号を何度用いてもよい。
①　潮解②　電解③　風解④　融解⑤　溶解⑥　正　⑦　酸性⑧　中性⑨　塩基性


答え…
〔1〕　③〔2〕　H2
〔3〕お　⑦か　⑨き　⑥く　⑨け　③



■東京大学 理科一類　理科三類　理科二類

　一度放電したら，充電して再び用いるのが困難な電池を一次電池という。リチウムの単体が一次電池の負極として広く用いられるのは，高い電圧を取り出すのに有利なためである。アルカリ金属である①リチウムの単体は水と激しく反応するため，電解質には有機溶媒やポリマーが用いられる。
　一方，繰り返し充電と放電が可能な電池を二次電池といい，中でもリチウムイオン二次電池は携帯機器の電源として急速に普及した。リチウムの単体からなる電極は充電と放電の繰り返しには適していないため，負極には②黒鉛を電極の表面に接着したものが用いられる。また，正極には電極表面にコバルト酸リチウムLiCoO2を接着したものが用いられる。



■2013 富山大学 医　薬

塩化ナトリウムは化学工業の原料として重要な化合物であり，塩素，塩酸，水酸化ナトリウム，硫酸ナトリウム，炭酸ナトリウムなどの製造原料として利用される。このうち炭酸ナトリウムはガラス製造の原料や医薬品などとして広く用いられる化合物である。
　炭酸ナトリウムは，工業的には次の反応式(1)で表される(　あ　)法によって製造される。


問1　本文中(　あ　)に当てはまる炭酸ナトリウムの工業的製法の名称を記せ。

答え…　
問1　アンモニアソーダ法 [ソルベー法]




「電離平衡に関する問題 完全攻略チャート＆過去問解説集」の販売を開始しました。

完全攻略チャートのサンプルを公開しました。

結晶格子に関する問題のチャート⑤(11枚の中の1枚)

溶液の濃度に関する問題のチャート①(4枚の中の1枚)

気体の製法と性質に関する問題チャート①(5枚の中の1枚)

アセタール化の計算問題のチャート③(7枚の中の1枚)

こちら(HP　恋する化学)よりご購入いただけます。





↓ランキングが見れます。↓

にほんブログ村


にほんブログ村