今回は神戸大学２０１８年度入試 化学の過去問です。
もくじ
Ⅰ 化学反応と分圧
「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。
Ⅱ 沈殿の生成と濃度決定
「沈殿の生成と濃度決定」に関する問題です。無機化学の標準的な知識が問われ、計算量もありますので、力試しにもってこいの良問です。
問１ 難易度：★★★☆☆
何個正解があるか分からないので、ひとつひとつ選択肢を吟味していきます。
（ア）白金Ｐｔと銀Ａｇでは銀の方がイオン化傾向が大きいので、樹状結晶が析出することはありません。×
（イ）Ａｇ⁺が存在するところに硫化物イオンＳ²⁻を加えると硫化銀Ａｇ₂Ｓの黒色沈殿を生じます。〇
（ウ） Ａｇ⁺が存在するところに塩化物イオンＣｌ⁻を加えると塩化銀ＡｇＣｌの白色沈殿が生じます。これは熱水には溶けません。熱水に溶けるのは塩化鉛ＰｂＣｌ₂でしたね。 ×
（エ） Ａｇ⁺が存在するところに塩基を加えると酸化銀Ａｇ₂Ｏの褐色沈殿が生じます。過剰のアンモニアを加えると、錯イオンであるジアンミン銀（Ⅰ）イオン［Ａｇ（ＮＨ₃）］⁺を生じて溶解します。 〇
（オ）ハロゲン化銀のうち難溶性のものは塩化銀ＡｇＣｌのみです。×
（カ）硝酸銀ＡｇＮＯ₃水溶液を電気分解すると、陰極では銀Ａｇの単体が析出し、陽極では気体（酸素Ｏ₂）が発生します。〇
問２ 難易度：★★☆☆☆
考えられる沈殿は塩化銀ＡｇＣｌ（白色）とクロム酸銀（Ⅰ）Ａｇ₂ＣｒＯ₄（赤褐色・暗赤色）です。本文に「Ｂ液を１３.５ｍＬ滴下した時にうすい暗赤色のＡｇ₂ＣｒＯ₄の沈殿が生成」とありますので、一滴加えたときに生成したのは塩化銀だと分かります。
よって、色は白です。
問３ 難易度：★★★☆☆
②５.００×１０⁻²ｍｏｌ/ＬのＡｇＮＯ₃水溶液を３.００×１０⁻²ｍＬを１５ｍＬのＡ液に加えるので、滴下による体積変化を無視でき、かつ沈殿ができなかったとするとＡｇ⁺の濃度は
５.００×１０⁻²×\frac{３.００×１０⁻²}{１０００}÷\frac{１５}{１０００}＝１.００×１０⁻⁴（ｍｏｌ/Ｌ）
③沈殿を生じる前の濃度が塩化銀の溶解度積Ｋｓｐ（ＡｇＣｌ）を超えているので、
［Ａｇ⁺］［Ｃｌ⁻］＞１.８０×１０⁻¹⁰ だから,
［Ｃｌ⁻］＞１.８０×１０⁻¹⁰÷（１.００×１０⁻⁴）＝１.８０×１０⁻⁶（ｍｏｌ/Ｌ）
④［Ａｇ⁺］＝［Ｃｌ⁻］かつ、
Ｋｓｐ（ＡｇＣｌ）＝［Ａｇ⁺］［Ｃｌ⁻］＝１.８０×１０⁻¹⁰より、
［Ｃｌ⁻］²＝１.８０×１０⁻¹⁰ なので、
［Ｃｌ⁻］＝ \footnotesize\sqrt{１.８０×１０⁻¹⁰}＝１.３４×１０⁻⁵（ｍｏｌ/Ｌ）
⑤［Ａｇ⁺］＝［Ｃｌ⁻］＝１.３４×１０⁻⁵（ｍｏｌ/Ｌ）
⑥加えたクロム酸カリウムＫ₂ＣｒＯ₄は２.８５×１０⁻⁴ｍｏｌであるから、Ａｇ₂ＣｒＯ₄の沈殿が生成しはじめるときのクロム酸イオン濃度は、
［ＣｒＯ₄²⁻］＝２.８５×１０⁻⁴÷\frac{１５＋１３.５}{１０００}＝１.００×１０⁻²（ｍｏｌ/Ｌ）
よって、クロム酸銀（Ⅰ）Ａｇ₂ＣｒＯ₄の沈殿が生成しはじめるときの銀イオン濃度は、
［Ａｇ⁺］²［ＣｒＯ₄²⁻］＝４.００×１０⁻¹²
［Ａｇ⁺］²＝\frac{４.００×１０⁻¹²}{１.００×１０⁻²}＝４.００×１０⁻¹⁰
よって、［Ａｇ⁺］＝\footnotesize\sqrt{４.００×１０⁻¹⁰}＝２.００×１０⁻⁵（ｍｏｌ/Ｌ）
問４ 難易度：★☆☆☆☆
１.３４×１０⁻⁵＜ ２.００×１０⁻⁵だから、⑥の値は⑤の値よりも大きくなります。
問５ 難易度：★★★☆☆
Ｂ液１３.５ｍＬ中に含まれる銀イオンの物質量は、
５.００×１０⁻²×\frac{１３.５}{１０００}＝６.７５×１０⁻⁴（ｍｏｌ）
本文の通り、ここでＡｇＣｌの沈殿生成が完了したと考えると、Ａ液１５.０ｍＬにはこれと等しい物質量の塩化物イオン、すなわち同じ物質量の塩化ナトリウムが含まれていることになります。
ＮａＣｌ＝５８.５なので、その質量は、５８.５×６.７５×１０⁻⁴（ｇ）
このＡ液はしょう油を体積比で５０倍にうすめたものなので、うすめる前のしょう油１５ｍＬに含まれる塩化ナトリウムの質量はこの５０倍です。
５８.５×６.７５×１０⁻⁴ ×５０＝１.９７４３７５≒１.９７（ｇ）
Ⅲ 有機化合物の構造決定
「有機化合物の構造決定」の問題です。「脂環式化合物」や「環状エーテル化合物」など教科書には載っていない用語が説明なく使われていますので、意味を推定しながら解く必要があります。設問自体は標準的な難易度でしょう。
問１ 難易度：★★★☆☆
まずＣ₅Ｈ₁₀Ｏについて、Ｃの原子数をｎとするとＨの原子数は２ｎなので、不飽和度は１です。
（ア）脂環式化合物は、その名前から環状構造が炭素および水素からなる化合物だと考えられます。これらの化合物は、環状構造をもっていることで不飽和度が１上昇していますので、鎖状構造の部分には不飽和度が上昇するような官能基（アルデヒド基やケトン基など）はもたないことがわかります。
よって、（ア）は「アルコール」であるとわかります。
（イ）（ウ）環状エーテル化合物群は環状構造中にエーテル基（－Ｃ－Ｏ－Ｃ－）をもつものだと考えられます。可能な環員数を考えると、最小は３員環で、最大は５個全ての炭素と１個の酸素を使った６員環だと分かります。
（エ）（オ）炭素－酸素二重結合をもつ化合物はカルボニル基をもちます。その炭素原子に結合する炭素原子の数が１個なら（つまり鎖状構造の端っこにあれば）アルデヒド、２個なら（つまり鎖状構造の途中なら）ケトンとなります。
これらの化合物のうち、不斉炭素原子をもつのは下図の化合物だけなので、（エ）が「アルデヒド」、（オ）が「ケトン」だと分かります。
問２ 難易度：★★☆☆☆
脂環式化合物群なので、環状構造は炭素のみでつくられます。炭素４個による４員環構造とエーテル基をもつのは下図の化合物のみです。
問３ 難易度：★★★☆☆
環状エーテル化合物群のうち、環員数が４のものを考えます。まず環状構造自体は一通りしかありません。そこには炭素が３個使われることになりますので、残り２個の炭素をどうくっつくけるかのバリエーションを考えればよいことになります。ただし、不斉炭素原子をもつものは除外します。
まず、メチル基を２つくっつける場合は下図の２通りです。
また、エチル基を１つくっつける場合は下図の２通りですが、このうち左の化合物は不斉炭素原子をもってしまうので、除外します。
問４ 難易度：★★★★☆
炭素－炭素間二重結合をもつ鎖式化合物のうち、不斉炭素原子をもつものを考えます。こういった問題は、不斉炭素原子を中心に、４つの異なる原子団をくっつけていく考え方で解きます。
【化合物Ｂ】
「水素を付加反応により化合物Ｂは不斉炭素原子が消失する」が最大のヒントです。つまり、水素を付加し二重結合を単結合に還元すると、同一の原子団になる２つの原子団が不斉炭素原子に結合していることになります。
炭素数の制限から考えて、その２つの原子団は「－Ｃ₂Ｈ₅」と「－ＣＨ＝ＣＨ₂」です。すると、中心となる不斉炭素原子を加えると炭素数５を使い切ってしまうので、残りの原子団は「－Ｈ」と「－ＯＨ」しかありえません。よって、化合物Ｂの構造式は下図のようになります。ヒドロキシ基をもちますので、「金属ナトリウムと反応して水素を発生する」という条件にも当てはまります。
【化合物Ｃ】
「金属ナトリウムを加えても水素を発生しない」ことから、化合物Ｃはヒドロキシ基をもたず、酸素原子はエーテル基につかわれることが分かります。エーテル基を含む原子団として考えられるものをリストアップしていくと 「－Ｏ－ＣＨ₃」「－ＣＨ₂－Ｏ－ＣＨ₃」「－Ｏ－ＣＨ＝ＣＨ₂」などが考えられます。
ただ、使えるＣの数は全部で５個と少ないので、エーテル基を含む原子団では炭素数を節約し「－Ｏ－ＣＨ₃」に決めます。さらに炭素原子の節約のために原子団の１つを「－Ｈ」とすると、残りは Ｃ３個、Ｈ７個です。残り２つの原子団のうち１つに炭素－炭素間二重結合をもたせればよいので、「－ＣＨ＝ＣＨ₂」「－ＣＨ₃」となります。以上より、化合物Ｃは下図の通りです。
問５ 難易度：★★☆☆☆
問１（エ）でも示したように、化合物Ｄは下図の通りです。
Ⅳ 天然繊維と合成繊維
「天然繊維と合成繊維」に関する問題です。教科書の内容を逸脱しない標準的なレベルの問題です。
問１ 難易度：★★★☆☆
（ア）（イ）（ウ）（エ）タンパク質の分子構造において、らせん状のものをα-ヘリックス構造、ジグザク状のものをβ-シート構造といい、これらの構造では分子間で水素結合がみられます。こういった構造をタンパク質の２次構造といいます。
（オ）酢酸ビニルのビニル基の二重結合の部分を開きながら共有結合（付加重合）させることで、ポリ酢酸ビニルが得られます。
（カ）酢酸ビニルはビニルアルコールと酢酸のエステルです。よって、ポリ酢酸ビニルを水酸化ナトリウムでけん化するとポリビニルアルコールが得られます。
（キ）ポリビニルアルコールのヒドロキシ基をホルムアルデヒドを用いて部分的にアセタール化すると、ビニロンが得られます。
（ク）アクリロニトリルもビニル基をもっています。付加重合することでポリアクリロニトリルが得られます。これを不活性気体中で加熱し熱分解すると炭素繊維（カーボンファイバー）が得られます。
問２ 難易度：★★☆☆☆
タンパク質の立体構造にかかわる水素結合は、おもにアミド結合における酸素原子（＝Ｏ）と窒素原子と共有結合した水素原子（ＮＨ）の間に形成されます。
よって、（コ）がＣ、（サ）がＯ、（シ）がＨとなります。
問３ 難易度：★★☆☆☆
モノマーであるビニルアルコール（ＣＨ₂＝ＣＨＯＨ）の分子量は４４です。付加重合では二重結合が開いて結合するので、小さな分子が取れたりすることはありません。よって、このポリビニルアルコールの重合度は、
６.６０×１０⁴÷４４＝１.５０×１０³＝１５００
よって、このポリビニルアルコールに存在するヒドロキシ基も、１５００個です。
問４ 難易度：★★★☆☆
ホルムアルデヒドを加えてアセタール化すると、下図のような反応が起きます。
２個のヒドロキシ基（－ＯＨ）と１分子のホルムアルデヒドＨＣＨＯから１分子の水がとれて架橋構造（－Ｏ－ＣＨ₂－Ｏ－）ができます。
これによって増加する分子量を計算すると、
３０－１８＝１２
つまり、ヒドロキシ基２個がアセタール化されると分子量が１２増えることになります。よって、１５００個あるヒドロキシ基の４０％がアセタール化すると、
１２×１５００× \frac{４０}{１００}÷２＝３６００
だけ分子量が増加します。これはもとの分子量の、
３６００÷（６.６０×１０⁴）×１００＝５.４５４…≒５.４５（％）
にあたります。
