今日は、身の回りの化学(用途・材料) 17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。
周期表の17族に属する元素はハロゲンとよばれ、フッ素F、塩素Cl、臭素Br、ヨウ素I、アスタチンAtの５つがあります。いずれも７個の最外殻電子をもち、１価の陰イオンになりやすいという特性があります。また、いずれも典型元素で非金属元素に分類されます。
17族では、フッ素F、塩素Cl、臭素Br、ヨウ素Iの４つに関する物質をおさえておけばいいでしょう。
漂白剤、殺菌剤……さらし粉CaCl(ClO)・H2O
※さらし粉は、水酸化カルシウムCa(OH)2に塩素を吸収させることで得られ、漂白剤や殺菌剤として利用されます。
漂白剤、殺菌剤……塩素水、次亜塩素酸(の塩)
※塩素は、水に少し溶け,一部が水と反応して、塩化水素HClと次亜塩素酸HClOを生じます。
塩素の水溶液は塩素水(次亜塩素酸も含む)とよばれ、次亜塩素酸は強い酸化作用をもつため、昔から漂白剤や殺菌剤に用いられてきました。
☆ハロゲン関連で「漂白剤、殺菌剤」とあったら、さらし粉、塩素水、次亜塩素酸(のナトリウム塩)の３つをイメージしましょう！
うがい薬……ヨウ素
写真フイルムの感光剤……ハロゲン化銀(主にヨウ化銀AgBr)
※ハロゲン化銀は,光によって分解し,単体の銀Agが析出します。
2AgX → 2Ag + X2
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
して用いられています。保存の際は光を通しにくい褐色瓶に保存します。
以下は、用途・材料に関して出題された問題です。
■2012 徳島大学 総合科 歯 薬 工－昼 工－夜主
ヨウ素I2は，1811年に海藻灰から発見された元素である。常温ではI2分子が カ 力によって結合した固体として存在し， キ 性を有するため液体を経ずに直接気体へと変化しやすい。I2の水溶性は低いが，過剰のヨウ化カリウムKIを共存させることにより，三ヨウ化物イオンI3－として溶かすことができる。こうして調製した水溶液をヨウ素液という。ヨウ素液を ク (アミロースまたはアミロペクチン)の水溶液に加えると濃青色～赤紫色を呈する。この反応は鋭敏であり， ク の検出に用いられている。
問1 問題文中の カ、 ～ク に当てはまる適切な語句あるいは数値をそれぞれ答えよ。
答え…
カ ファンデルワールス
キ 昇華
ク デンプン
■2010 千葉大学 医 園芸 教育 工 薬 理
多量の銀イオンを含む水溶液にハロゲン化物イオンを添加すると，ハロゲン化銀を生成する。ハロゲン化銀のうち， a は水に対する溶解度が大きいために沈殿は生じないが， b (淡黄色)， c (黄色)， d (白色)に関しては沈殿が生じる。それらの沈殿のうち， d はアンモニア水に溶けて無色の水溶液になる。ハロゲン化銀は ア によって分解し，銀を遊離する。このような特性を利用して，写真フィルムには主に b が利用されている。
問1 文中の ア に適切な語句をかきなさい。
問2 a ～ d に入る化合物の正しい組み合わせを選び，番号で答えなさい。
(1)a－フッ化銀，b－ヨウ化銀，c－臭化銀，d－塩化銀
(2)a－ヨウ化銀，b－臭化銀，c－塩化銀，d－フッ化銀
(3)a－ヨウ化銀，b－塩化銀，c－臭化銀，d－フッ化銀
(4)a－フッ化銀，b－臭化銀，c－ヨウ化銀，d－塩化銀
答え…
問1
ア 光
問2
(4)
■2013 静岡大学 理 工 農
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，実験室では，下の図に示すように，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。塩素を水に溶かすと一部が水と反応して (ｱ) と (ｲ) になる。 (ｲ) やその塩は酸化力が強いため，消毒剤や漂白剤として利用されている。
塩素のようなハロゲンの単体と水素を反応させるとハロゲン化水素を生じる。塩酸のようなハロゲン化水素の水溶液の多くは強酸であるが， (ｳ) の水溶液は弱酸である。 (ｳ) は，ホタル石に濃硫酸を加えて加熱してつくることができる。
塩素系の漂白剤が酸化作用を利用したものであるのに対して，還元作用を利用した漂白剤もある。たとえば，硫黄の燃焼や銅に加熱した濃硫酸を作用させて得られる (ｴ) の水溶液などである。 (ｴ) には還元性があるが，硫化水素のような強い還元剤に対しては酸化剤としてはたらく。このように，ある物質が酸化剤としてはたらくか還元剤としてはたらくかは，反応する相手の物質によって変わることがある。たとえば，過酸化水素は，酸化作用を利用した漂白剤として用いられているが，強い酸化剤に対しては還元剤としてはたらく。すなわち，硫酸で酸性にした過酸化水素水にヨウ化カリウム水溶液を加えた場合には過酸化水素は (ｵ) としてはたらく一方で，過酸化水素水に硫酸で酸性にした過マンガン酸カリウム水溶液を加えたときには過酸化水素は (ｶ) としてはたらく。
問1 文章中の (ｱ) ～ (ｴ) に入る適切な化合物を化学式で記せ。
問2 文章中の (ｵ) と (ｶ) に入る適切な語句を記せ。
答え…
問1
(ｱ) HCl
(ｲ) HClO
(ｳ) HF
(ｴ) SO2
問2
(ｵ) 酸化剤
(ｶ) 還元剤
■ 2012 金沢大学 人間社会学域 理工学域 医薬保健学域
周期表において17族の元素は，ハロゲン元素と総称される。ハロゲン元素はアルカリ金属などと反応して酸化数が ア の陰イオンになりやすいが，他の酸化数もとることができ，最大で イ の化合物も知られている。ハロゲン単体において原子の原子価は ウ であり，ハロゲン単体は エ 分子からなる。ハロゲン単体はいずれも酸化作用があり，特に オ は酸化力が強く，水を酸化する。 カ や キ は水に溶けて，オキソ酸を生じる。また， カ を水酸化カルシウムに吸収させたものは，殺菌剤として使われる。
問1 ア ～ キ に入る適切な語句または数字を記入しなさい。
答え…
問1
ア －1
イ ＋7
ウ 1
エ 二原子
オ フッ素
カ 塩素
キ 臭素
※塩素(カ)を水酸化カルシウムに吸収させたものは，さらし粉ですね。
■ 2012 鹿児島大学 理 医 歯 工 農 水産 共同獣医
家庭で使われる掃除用の洗浄剤の容器には「まぜるな危険」と書かれているものがある。どのような洗剤をまぜると危険なのだろうか。この表記がある洗浄剤には大きく分けて2種類ある。一つは塩素系，もう一つは酸性の洗浄剤であり，塩素系の洗浄剤には次亜塩素酸の塩が，酸性の洗浄剤には塩酸などの酸が含まれている。
次亜塩素酸は塩素を水に溶かすと得られるが，この時( ア )を同時に生じる。次亜塩素酸は酸性条件下では不安定であるため，水酸化ナトリウムを加えて次亜塩素酸ナトリウムにしたものが洗浄剤として用いられている。酸と塩基を過不足なく中和して得られた塩を( イ )といい，次亜塩素酸と水酸化ナトリウムの( イ )である次亜塩素酸ナトリウムの水溶液は( ウ )性を示す。次亜塩素酸イオンは酸化剤であり，殺菌作用や漂白作用を示すため，消毒剤やカビ取り剤として使用される。次亜塩素酸のように分子中に酸素原子を含む酸を( エ )という。a塩素の( エ )としては次亜塩素酸の他に亜塩素酸，塩素酸，過塩素酸がある。
酸性の洗浄剤に含まれる塩酸は，( ア )を水に溶かすと得られる。( ア )は塩化ナトリウムに濃硫酸を加えて加熱すると得られる，空気より( オ )い気体である。また，( ア )をアセチレンに付加させると( カ )を生じ，これを重合した( キ )は合成樹脂として生活用品に用いられる。
次亜塩素酸を塩酸と混合すると有毒な塩素の気体が発生し，非常に危険であるため，これらを含む洗浄剤には「まぜるな危険」という注意書きがなされている。塩素の気体は( ク )色で刺激臭があり，空気より( オ )い。また，常温で光により( ケ )と爆発的に反応して( ア )を生じることが知られている。塩素も酸化剤であり，同じハロゲンである臭素よりも酸化力は( コ )い。
問1 文中の( ア )～( コ )に適切な語句または物質名を入れなさい。
答え…
問1
ア 塩化水素
イ 正塩
ウ 塩基
エ オキソ酸
オ 重
カ 塩化ビニル
キ ポリ塩化ビニル
ク 黄緑
ケ 水素
コ 強
■ 2009 大阪大学 工
塩素を水に溶解させた塩素水は，消毒作用があることが知られている。これは塩素分子の一部が水と反応し，酸化力のある化合物Aを生じるためと考えられている。Aのナトリウム塩は漂白剤や殺菌剤に用いられ，水道水の消毒にも使われている。
問 下線部の反応の化学反応式を，化合物Aの具体的な化学式を用いて記せ。また，化合物Aの名称を日本語で答えよ。
答え…
Cl2 ＋ H2O → HCl ＋ HClO
次亜塩素酸
■2012 法政大学 デザイン工 理工 生命科
ヨウ素は資源の乏しい我国にあって，日本が世界第2位の生産量を誇っている。日常的な身近なものとして，ヨウ素を含むうがい薬がある。
■ 2010 慶應義塾大学 看護医療
ハロゲン原子は，[ (a) ]個の価電子をもち，[ (b) ]価の陰イオンになりやすい。単体のハロゲンは，いずれも二原子分子からなり，有色，有毒である。フッ素は，水と激しく反応して気体[ A ]を発生する。塩素は，水にわずかに溶け，その水溶液は塩素水と呼ばれている。塩素水は殺菌剤や漂白剤として使われている。これは，塩素水中に酸化作用のある化合物[ B ]が含まれるためである。
設問1 (a)，(b)にはあてはまる数字を答えなさい。
設問2 A,Bに対応する物質を化学式で答えなさい。
答え…
設問1
(a) 7
(b) 1
設問2
A O2
B HClO
■ 2013 大阪医科大学 医
ハロゲン化銀の化学変化を利用して，映像を記録する媒体の1つに白黒写真フィルムがある。ゼラチン溶液に臭化カリウム溶液と硝酸銀溶液を加えると，細かな淡黄色結晶 ア が沈殿する。この感光乳剤を合成樹脂膜に塗布したものが写真フィルムである。フィルムに光が当たると，感光性をもつ ア は光によって分解し， イ が生成する。 イ は集合体を形成するが，この段階では目に見える像ではなくこれを潜像核という。フィルムを現像液に浸すと，潜像核のまわりにある未反応の ア 中の銀イオンが ウ されて イ となり，黒い像として見えるようになる。次にチオ硫酸ナトリウムNa2S2O3水溶液に浸し，光が当たらなかった部分の未反応の ア を水に溶けやすい化合物に変化させる。これをよく水洗すると，光の当たった部分は黒く，当たらなかった部分は透明な，実物の明暗とは逆になったネガフィルムが得られる。これを印画紙に焼き付け，一連の処理を行うと写真ができあがる。このように，一連の処理を行った廃液中には多量の銀イオンが含まれているので，銀の回収が行われている。
問 ア ， イ に適切な化学式を， ウ に語句を記入せよ。
答え…
ア AgBr
イ Ag
ウ 還元
■2013 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，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。
(1) 次亜塩素酸ナトリウムが漂白作用を持つ理由を，20字以内で書け。
答え…
次亜塩素酸イオンは強い酸化剤であるため。
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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)
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身の回りの化学(用途・材料) 17族元素編
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