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神戸大学入試解説│2018年度 化学 大問Ⅰ

神戸大学過去問 2018年度 化学 大問Ⅰ

問題文をそのまま掲載すると著作権上問題となる可能性があるため、神戸大学のサイトにある過去問PDFを見てください。そしてまず自分で解いてみてから以下の解説を読んでください。

神戸大学の化学過去問(2018年度)「化学反応と分圧」に関する問題です。計算量はやや多いですが、特に難しい設問もなく、ミスに気を付ければ全問正解が可能です。

問1 難易度:★★★☆☆

一酸化窒素NOと酸素O₂から二酸化窒素NO₂が生じる化学反応の反応式は、

2NO + O₂ → 2NO₂

問2 難易度:★★☆☆☆

全圧をPとし、酸素O₂、一酸化窒素NO、アルゴンArの分圧をそれぞれPO₂、PNO、PArとします。

PO₂=2.00×10⁴ × \frac{1}{4}=5.00×10³(Pa)
PNO=1.00×10⁴ × \frac{2}{4}=5.00×10³(Pa)
PAr=4.00×10⁴ × \frac{1}{4}=1.00×10⁴(Pa)

よって、P= PO₂+PNO+PAr=2.00×10⁴(Pa)

問3 難易度:★★★☆☆

問1より、反応する一酸化窒素NOと酸素O₂ および発生する二酸化窒素NO₂の物質量の比は、2:1:2となります。また、問2で求めた各気体の分圧の比がそのまま物質量の比となりますので、NOがなくなった時の各気体の分圧は、

PO₂=5.00×10³-5.00×10³×\frac{2}{4}=2.50 ×10³ (Pa)
PNO=0(Pa)
PAr=1.00×10⁴(Pa)
PNO₂=5.00×10³(Pa)

よって、P=2.50×10³+0+1.00×10⁴+5.00×10³=1.75×10⁴(Pa)

問4 難易度:★★☆☆☆

コックを開ける前の容器B内の気体(一酸化窒素NO)の質量を求めると、次のように表せます。

30×\frac{1.00×10⁴×2}{RT}\frac{6.00×10⁵}{RT}(g)

次に、反応後の質量を求めるために、反応後の気体の平均分子量を求めます。平均分子量は成分気体の分子量にその物質量の存在比を乗じて算出しますが、分圧を使っても出すことができます。

\frac{32×2.50 ×10³+40×1.00×10⁴+46×5.00×10³}{1.75×10⁴}\frac{7.10×10⁵}{1.75×10⁴}
 

よって、反応後の質量は、

\frac{7.10×10⁵}{1.75×10⁴}×\frac{1.75×10⁴×2}{RT}\frac{14.2×10⁵}{RT}

よって、コックを開ける前と反応後の容器Bに含まれる気体の質量の差は、

\frac{14.2×10⁵}{RT}\frac{6.00×10⁵}{RT}\frac{8.2×10⁵}{8.31×10³×310}=0.3183…≒0.318(g)

問5 難易度:★★☆☆☆

本文の前提条件として「逆反応は進行せず」とありますので、反応速度は一定であったと考えられます。よって、グラフは直線となり、下図のように2.00×10⁴Paと1.75×10⁴Paを結べばよいことになります。

 

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