今日は、身の回りの化学(用途・材料) 16族元素編についてです。
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」をまとめました。
16族元素には、酸素O、硫黄S、セレンSe、テルルTe、ポロニウムPoがあり、これらすべては典型元素ですが、O、S、Se、Teは非金属元素、Poは金属元素に分類されます。
16族では、SとOに関する物質についておさえておけばいいでしょう。
飲料水や空気の殺菌・消毒、繊維の漂白……オゾンO3
※オゾンは常温常圧で薄青色の気体で、フッ素に次いで強い酸化作用を示します。この性質は、飲料水の殺菌・消毒や脱臭処理などに利用されています。
消毒殺菌剤……オキシドール(過酸化水素の水溶液)
紙や繊維などの漂白剤……二酸化硫黄SO2
※二酸化硫黄は色素を還元するため、漂白・脱色作用に用いられます。
☆漂白・脱色作用がある気体は次の３つを覚えましょう!
オゾン、塩素(酸化作用)
二酸化硫黄(還元作用)
鉛蓄電池などの電池の電解液、肥料・医薬品・有機化合物の製造など化学工業で広く利用……硫酸H2SO4
乾燥剤……濃硫酸
※濃硫酸は吸湿性があるため、乾燥剤に用いられます。
濃硫酸と希硫酸の性質は入試でよく問われます。下記を比較して覚えましょう。
☆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。
以下は、用途・材料に関して出題された問題です。
■ 2010 静岡大学 工 農 理
硫黄は自然界に広く硫化物として存在し，単体としては火山地帯で産出するほか，石油の精製時に得られる。硫黄を空気中で燃やすと，刺激臭のある有毒な気体である (ｱ) を生成する。 (ｱ) は水と反応すると酸性を示す。非金属元素のこのような化合物を (ｲ) という。
硫化鉄(Ⅱ)に希硫酸または希塩酸を加えると， (ｳ) を生じる。 (ｳ) は火山ガスなどに含まれ，無色の有毒な気体で腐卵臭がある。
硫酸は工業的には，単体の硫黄の燃焼により生成した (ｱ) を空気酸化して三酸化硫黄をつくり，これを水に吸収させて合成される。この合成法を (ｴ) という。硫酸は鉛蓄電池，肥料，薬品や有機化合物の製造など化学工業で広く用いられている。
問1 上の文章の (ｱ) ～ (ｴ) にあてはまる適切な用語または化合物名を解答欄に記せ。
ア 二酸化硫黄
イ 酸性酸化物
ウ 硫化水素
エ 接触法
■2012 立命館大学 理工 情報理工 生命科 薬
単体の硫黄は，火山地帯で産出したり，石油を精製するときに得られ，斜方硫黄，単斜硫黄，ゴム状硫黄などの あ がある。結晶の硫黄や120℃付近の液状硫黄は，環状分子 ア からできているが，ゴム状硫黄では，環が開いたものがつながりあった鎖状分子Sxになっている。
(a)硫黄は，空気中で点火すると，青い炎をあげて燃え，無色で有毒な二酸化硫黄を生じる。また，二酸化硫黄は，黄鉄鉱を燃焼させても酸化鉄(Ⅲ)とともに生じる。
(b)この二酸化硫黄を， イ を触媒として，空気中の酸素と反応させると三酸化硫黄になる。
(c)この三酸化硫黄を濃硫酸に吸収させて発煙硫酸にして，さらにこれを希硫酸に加えて濃硫酸にする。このような硫酸の工業的製造法を い という。
このようにして製造した濃硫酸の性質は以下のとおりである。
① 濃硫酸は，無色で，粘度や密度の大きい不揮発性の液体であるから，揮発性の酸の塩とともに加熱すると，揮発性の酸が遊離してくる。
② 濃硫酸は，OH基をもつ有機化合物から水を脱離させる脱水作用が強い。
③ 濃硫酸は，強い吸湿性をもち，乾燥剤として用いられる。
④ 濃硫酸は，加熱すると強い う を示し，金や白金を除くほとんどの金属と反応して二酸化硫黄を発生する。
〔1〕 文章中の あ ～ う 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。
① 隔膜法
② 酸化作用
③ 酸性
④ 接触法
⑤ 同位体
⑥ 同素体
答え…
〔1〕
あ ⑥
い ④
う ②
■ 2009 東北薬科大学 薬
問 過酸化水素に関するつぎの記述のうち，誤っている組合せはどれか。
ａ 過酸化水素は反応する相手によって酸化剤になったり，還元剤になったりする。
ｂ 過酸化水素の酸素原子の酸化数は，－2である。
ｃ 過酸化水素水に酸化マンガン(Ⅳ)を加えて発生した酸素の捕集には，上方置換が最も適している。
ｄ 消毒殺菌剤に使われているオキシドールは，過酸化水素の水溶液である。
① (ａ，ｂ)② (ａ，ｃ)③ (ａ，ｄ)④ (ｂ，ｃ)
⑤ (ｂ，ｄ)⑥ (ｃ，ｄ)
答え…
問 ④
■ 2010 上智大学 理工
酸素の A であるオゾン(O3)は，常温常圧では薄青色の気体である。オゾンは分解して B に変わりやすく， C に次いで強い D 作用を示す。この性質は，水道水の浄化，滅菌，脱臭処理などに利用されている。また，大気上層にあるオゾン層は，太陽光に含まれる E のうち生物に有害な波長の光を吸収する。
オゾンを合成するには，空気に E を照射する方法や，空気中で低温の放電を起こす方法が用いられている。
問 A ～ H にあてはまる語句をa)～l)から選べ。同じ選択肢を何度用いてもよい。正解が複数ある場合，あるいは正解がない場合にはm欄をマークせよ。
a) 還元
b) 吸熱反応
c) 酸化
d) 酸素
e) 紫外線
f) 水素
g) 赤外線
h) 同位体
i) 同素体
j) 発熱反応
k) フッ素
l) ヨウ素
答え…
A i) 同素体
B d) 酸素
C k) フッ素
D c) 酸化
E e) 紫外線
■2009 関東学院大学 人間環境
問 次の問の文を読み，下の語群より最も適当なものを選びマークせよ。
オゾンは酸素の 23 であり，成層圏では生体に有害な 24 線を吸収して，地球上の生物を守っている。従来，スプレーの噴射剤や冷蔵庫・エアコンの冷媒などに使用されてきた 25 は成層圏でオゾンを分解するため，それに代わる物質の開発が進められている。オゾンは酸素中での 26 や酸素への 24 線の照射により生成する。オゾンが分解したときにできる 27 は 28 力が強く，殺菌作用がある。また，オゾンの検出には，水にしめらせたヨウ化カリウムデンプン紙が使用される。湿ったヨウ化カリウムデンプン紙はオゾンに触れると 29 色に変化するためである。
[語群]
① 同位体② 紫外③ 同素体④ 赤外
⑤ 青⑥ フロン⑦ 赤⑧ 酸素
⑨ 放電⑩ 酸化
答え…
23 ③ 同素体
24 ② 紫外
25 ⑥ フロン
26 ⑨ 放電
27 ⑧ 酸素
28 ⑩ 酸化
29 ⑤ 青
■2013 横浜国立大学 理工
硫酸は化学実験で使われるばかりでなく，さまざまな工業製品や医薬品の製造などに不可欠であることから大変重要な物質である
～中略～
濃硫酸を水に溶かすと発熱し希硫酸になる。硫酸は水溶液中で解離して酸性を示す。酸である硫酸は水酸化ナトリウムなどの塩基と中和反応を起こす。また，希硫酸は水素よりイオン化傾向が大きい金属と反応して金属を溶かし水素を発生する。硫酸イオンSO42－はバリウムイオンBa2＋や鉛(Ⅱ)イオンPb2＋などと反応して白色沈殿を生じる。特に，硫酸バリウムBaSO4は，X線検査の造影剤として用いられるほか，化学的に安定な性質を利用して顔料や塗料などにも使用されている。また，硫酸は鉛蓄電池をはじめとする各種の電池の電解液としても用いられている。
■ 2013 京都府立医科大学 医
O3は常温常圧で薄青色の気体である。フッ素に次いで強い酸化作用を示す。この性質は，水道水の浄化や脱臭処理などに利用されている。
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