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神戸大学入試解説│2019年度 化学 大問Ⅰ

神戸大学過去問 2019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(2019年度)「白金の結晶構造や性質」についての問題です。計算量は多いですが、頻出テーマなので解いた経験のある人も多いでしょう。初めての人はしっかり理解して解けるようになってくださいね。

問1 難易度:★☆☆☆☆

(ア)(イ)(ウ)白金を溶かすには、王水と呼ばれる濃硝酸濃塩酸を体積比1:3で混合した液体が用いられます。

「濃」を忘れないようにしましょう。

問2 難易度:★★☆☆☆

(エ)面心立方格子の単位格子の中に含まれる原子の数は個です。

立方体の8つの隅に\frac{1}{8}個分の原子が8個、6つの面の中心に\frac{1}{2}個分の原子が6個ありますので、

\frac{1}{8}×8+\frac{1}{2}×6=4(個)

(カ)ダイヤモンド構造の単位格子の中に含まれる原子の数は個です。

立方体の8つの隅に\frac{1}{8}個分の原子が8個、6つの面の中心に\frac{1}{2}個分の原子が6個、内部に切られていない1個の原子が4ありますので、

\frac{1}{8}×8+\frac{1}{2}×6+1×4=8(個)

問3 難易度:★★★☆☆

(オ)白金の単位格子の一辺の長さをa(㎝)とすると、単位格子の体積はa³(㎤)となります。よって、単位格子あたりの質量は、密度をかけてa³d(g)となります。単位格子には4個の原子が含まれているので、原子1個あたりの質量は \frac{a³d}{4}(g)とあらわすことができます。

原子量Mはモル質量、つまり原子がアボガドロ数個だけ集まった質量と等しくなります。よって、

\frac{a³d}{4}×NA=M

が成り立つので、

NA =M÷\frac{a³d}{4}\frac{4M}{a³d}

(キ)下図のように、ダイヤモンド構造を\frac{1}{8}にした立方体を斜めに切った断面を考えると、縦\frac{b}{2}(㎝)、横 \frac{\sqrt{2}b}{2}(㎝)の長方形になります。

この対角線の長さは三平方の定理を用いて、

\sqrt{(\frac{b}{2})²+(\frac{\sqrt{2}b}{2})²}\frac{\sqrt{3}b}{2}(㎝)

となります。これは半径rの4倍にあたるので、

r=\frac{\sqrt{3}b}{2}÷4=\frac{\sqrt{3}b}{8}

問4 難易度:★★★☆☆

²⁸Siの結晶1kg=1000gの物質量は、\frac{1000}{28}\frac{250}{7}(mol)です。これにアボガドロ定数をかけて原子の個数で表すと、

\frac{250}{7}×6.0×10²³=\frac{1500}{7}×10²³(個)

一方、単位格子1.6×10⁻²²(㎤)あたり、8個の原子が含まれているので、原子1個で占める体積は、 1.6×10⁻²²÷8=2.0×10⁻²³(㎤)

よって、²⁸Siの結晶1kgの体積は、

\frac{1500}{7}×10²³×2.0×10⁻²³=428.6…≒4.3×10²(㎤)

問5 難易度:★★☆☆☆

白金は触媒として用いられることが多いのも特徴です。触媒は反応経路を変化させることで活性化エネルギーを低下させ、反応速度を上昇させます。

問6 難易度:★★★☆☆

一酸化炭素の燃焼反応と一酸化窒素の生成反応の熱化学方程式はそれぞれ以下のように書けます。

CO(気)+\frac{1}{2}O₂(気)=CO₂(気)+283kJ …(2)

\frac{1}{2}N₂(気)+\frac{1}{2}O₂(気)=NO(気)-90kJ …(3)

(2)×2-(3)×2より、
2CO(気)+2NO(気)=2CO₂(気)+N₂(気)+746kJ

よって、(1)の反応の反応熱は746kJとなります。

 

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