西宮の家庭教師ダイアログによる過去問解説。今回は神戸大学の過去問です。
もくじ
Ⅰ アルミニウムの性質と製法
神戸大学の化学過去問（2022年度）「アルミニウムの性質と製法」に関する問題です。全問簡単です。拍子抜けした受験生も多いでしょう。
問１ 難易度：★☆☆☆☆
Ａｌは原子番号１３なので、電子の数も１３個。
よって、Ｋ殻には２個、Ｌ殻には８個、Ｍ殻には３個となります。
問２ 難易度：★☆☆☆☆
［エ］アルミニウムは酸と塩基の両方と反応するので、両性金属（両性元素）といいます。
［オ］Ａｌの表面に人工的に厚い酸化被膜をつけた製品をアルマイトといいます。
［カ］Ａｌと酸化鉄の混合粉末に点火し、高温の溶解した鉄を得る方法をテルミット法といいます。
［キ］通常、電気分解で金属の単体が得られるのは陰極です。
［コ］アルミニウムの原料となる鉱石はボーキサイトです。
［サ］アルミニウムが得られるのは陰極です。
問３ 難易度：★☆☆☆☆
陰極では水が電子を受け取りますので、以下の反応が起きています。
２Ｈ₂Ｏ ＋ ２ｅ⁻ → ２ＯＨ⁻ ＋Ｈ₂
よって、発生するのはＨ₂。
問４ 難易度：★☆☆☆☆
アルミニウムなどの金属の単体を得る方法は、溶融塩電解です。
ボーキサイトからアルミニウムができるまでの工程を説明した動画です。古い映像に見えますが、基本的な製法は今も変わっていません。非常に味わい深い内容で、ずっと見てしまいますね。
溶融塩電解の工程は１１：００くらいからです。
問５ 難易度：★☆☆☆☆
酸化鉄（Ⅲ）Ｆｅ₂Ｏ₃が還元され、アルミニウムが酸化されます。係数はあとで考えるとして、物質を並べてみます。
Ａｌ ＋ Ｆｅ₂Ｏ₃ → Ａｌ₂Ｏ₃ ＋ Ｆｅ
係数合わせをすると、以下の化学反応式が出来上がります。
２Ａｌ ＋ Ｆｅ₂Ｏ₃ → Ａｌ₂Ｏ₃ ＋ ２Ｆｅ
係数合わせを苦手とする人は多いですよね。教科書や参考書では、各物質の係数をa、b、c…とおいて、
aＡｌ ＋bＦｅ₂Ｏ₃ → cＡｌ₂Ｏ₃ ＋ dＦｅ
とし、各元素について左辺・右辺を比較し連立方程式を解く、という「未定係数法」が一般的です。
実は、もっと簡単な方法があります。
それは、「もっとも多くの原子を含む物質の係数を１とおく」方法です。
今回であれば、Ｆｅ₂Ｏ₃とＡｌ₂Ｏ₃がどちらも５つの原子を含むのでＦｅ₂Ｏ₃の係数を１とおくと、
Ａｌ ＋１Ｆｅ₂Ｏ₃ → Ａｌ₂Ｏ₃ ＋ Ｆｅ
すると、Ｆｅの原子数から右辺のＦｅの係数が２、Ｏの原子数からＡｌ₂Ｏ₃の係数が１と決まります。
Ａｌ ＋１Ｆｅ₂Ｏ₃ → １Ａｌ₂Ｏ₃ ＋ ２Ｆｅ
すると、Ａｌの原子数から左辺のＡｌの係数が２と決まります。
２Ａｌ ＋１Ｆｅ₂Ｏ₃ → １Ａｌ₂Ｏ₃ ＋２Ｆｅ
最後に、分数が含まれていたら整数倍し、１を省略して完成です。
全部ではありませんが、ほとんどがこの方法で係数決定できます。
問６ 難易度：★☆☆☆☆
（ⅰ）溶融塩電解において、ドロドロに溶けた酸化アルミニウムの中でアルミニウムはＡｌ³⁺として電離しており、陰極から電子を受け取ります。
Ａｌ³⁺ ＋ ３ｅ⁻ → Ａｌ
（ⅱ）Ａｌ＝２７より、１.８０ｇのＡｌの物質量は、\frac{１.８０}{２７}＝ \frac{１}{１５}ｍоｌ。
上記のイオン反応式より、 \frac{１}{１５}ｍоｌの析出させるのに必要な電子は\frac{１}{５}ｍоｌ。
\frac{１}{５}ｍоｌの電子が流れるときの電気量は、
９.６５ × １０⁴ × \frac{１}{５} ＝ １.９３ × １０⁴（Ｃ） 《有効数字３けた》
（ⅲ） １Ａの電流が１秒流れたときの電気量が１Ｃなので、１時間（＝３６００秒）で１.９３ × １０⁴Ｃの電気量を得るために必要な電流（Ａ）は、
１.９３ × １０⁴ ÷ ３６００＝５.３６１… ≒ ５.３６（Ａ）《有効数字３けた》
Ⅱ 質量モル濃度と沸点上昇
神戸大学の化学過去問（2022年度）「質量モル濃度と沸点上昇」に関する問題です。特に何も引っかかるポイントのない教科書レベルの問題です。
全問正解は必須でしょう。
問１ 難易度：★☆☆☆☆
溶液の沸点が純粋な溶媒よりも高くなる現象は沸点上昇です。
そのまんまですね。簡単すぎて「これいいのか？」って疑いたくなるのは受験あるあるです。
さらっと解いて次行きましょう！
問２ 難易度：★☆☆☆☆
質量モル濃度は蒸気圧降下や沸点上昇、凝固点降下の分野で用いられる濃度です。その求め方は、
質量モル濃度［mol/kg］＝ \frac{溶質の物質量[mol]}{溶媒の質量[kg]}
分子量を計算すると、Ｃ₂Ｈ₆Ｏ₂＝６２です。エチレングリコール１.８６ｇの物質量を求めると、
１.８６ ÷ ６２ ＝ ０.０３[mol]
これが１００ｇ＝０.１㎏の水に溶けているから、質量モル濃度は
０.０３ ÷ ０.１＝ ０.３００[mol/kg] （有効数字３けた）
高校化学の分野でつかう濃度といえば、ほとんどの場合が「体積モル濃度（mol／L）」です。高校化学で質量モル濃度を使うのは「蒸気圧降下」「沸点上昇」「凝固点降下」のみですね。ではなぜ、わざわざこんなめんどくさい濃度を使うのでしょう。
それは、これらの分野は、溶液の温度変化を前提にしており、それに伴った体積の変化があるためです。体積モル濃度は物質量を体積で割るため、温度変化を伴う現象を解析するには都合が悪いのです。
さらに、「蒸気圧降下」「沸点上昇」「凝固点降下」はすべて溶質によらない溶媒特有の性質なので、溶液全体ではなく溶媒の質量を用います。
問３ 難易度：★★☆☆☆
塩化ナトリウム水溶液の質量モル濃度を計算します。
塩化ナトリウムの式量は、Ｃ₂Ｈ₆Ｏ₂＝５８.５ですから、塩化ナトリウム１.１７ｇの物質量を求めると、
１.１７ ÷ ５８.５ ＝ ０.０２[mol]
これが１００ｇ＝０.１㎏の水に溶けているから、質量モル濃度は
０.０２ ÷ ０.１＝ ０.２[mol/kg]
ただし、塩化ナトリウムなどの電解質は水溶液中では電離しており、沸点上昇度は溶液中の粒子の数に依存しています。塩化ナトリウムは水溶液中では完全電離しているので粒子数は２倍となります。よって、
（塩化ナトリウム水溶液の沸点）＞（エチレングリコール水溶液の沸点）＞（水の沸点）
となるので、グラフ上の塩化ナトリウム水溶液の沸点はＴCであると分かります。
問４ 難易度：★★☆☆☆
問３より、
ＴA：水の沸点
ＴB：エチレングリコールの沸点
ＴC：塩化ナトリウム水溶液の沸点
ＴB － ＴA ＝ ０.１５６ [K]
なので、水のモル沸点上昇Ｋbは、
Ｋb ＝ ０.１５６ ÷ ０.３ ＝ ０.５２ [K・kg/mol]
よって、塩化ナトリウム水溶液の沸点上昇ＴC － ＴA を求めると、
ＴC － ＴA ＝ ０.０２ × ０.５２ × ２ ＝０.２０８ [K]
よって、
ＴC － ＴB ＝ （ＴC － ＴA ）－（ＴB － ＴA）
＝０.２０８ － ０.１５６ ＝ ０.０５２０ [K]（有効数字３けた）
問５ 難易度：★★☆☆☆
水は沸騰中、温度１００℃で一定ですが、水溶液は沸騰中も温度が上昇します。
これは、沸騰により水が蒸発して減少し、溶液の濃度が上昇することで沸点が上昇するためです。
問６ 難易度：★★☆☆☆
Ｔf － ＴA ＝０.２６０[K]
だから時刻f[s]における塩化ナトリウム水溶液Ｃの質量モル濃度は、
０.２６０ ÷ ０.５２ ÷ ２ ＝ ０.２５[mol/kg]
水溶液Ｃ中にとけている塩化ナトリウムは０.０２molだから、溶媒である水の質量は、
０.０２ ÷ ０.２５ ＝ ０.０８ [kg] → ８０ｇ
塩化ナトリウムの質量が１.１７ｇなので、水溶液Ｃの質量は
８０ ＋ １.１７ ＝ ８１.１７ ≒ ８１.２ [ｇ]
Ⅲ 有機化合物の構造決定
神戸大学の化学過去問（2022年度）「有機化合物の構造決定」に関する問題です。フェノールの製法であるクメン法とカップリング反応についてしっかり勉強していれば、問題なく解答できるでしょう。
問１ 難易度：★★☆☆☆
【化合物Ｂ】アニリンの希塩酸溶液を冷やしつつ、亜硝酸ナトリウム水溶液を加えると、塩化ベンゼンジアゾニウムが生成します。
塩化ベンゼンジアゾニウムは、温まると加水分解して、窒素とフェノールになってしまいます。
よって、化合物Ａはフェノール、気体分子Ｃは窒素Ｎ₂であることがわかります。
問２ 難易度：★☆☆☆☆
塩化ベンゼンジアゾニウムを生成する上記の反応をジアゾ化と呼びます。
問３ 難易度：★☆☆☆☆
クメン法における中間物質で、クメンを酸化してできる物質は、クメンヒドロペルオキシドです。
高校生の時、化学の先生がクメンの構造の覚え方を「クメンはメロン」と教えてくれました。
「クメン」と「メロン」は少し遠いな！と思ったのですが、２０年以上たった今でも鮮明に記憶に残っているのですからすごいです。
問４ 難易度：★☆☆☆☆
クメン法の最終工程で、クメンヒドロペルオキシドを分解してできるのは、フェノールとアセトンです。
問５ 難易度：★★☆☆☆
フェノールに塩化ベンゼンジアゾニウムを加えると、カップリングという反応が起こり、ｐ-ヒドロキシアゾベンゼン（ｐ-フェニルアゾフェノール）が生じます。
問６ 難易度：★★★☆☆
エステルＣ₁₁Ｈ₁₂Ｏを加水分解する化学反応式を考えてみましょう。
Ｃ₁₁Ｈ₁₂Ｏ₂ ＋ Ｈ₂Ｏ → ［カルボン酸］ ＋ Ｃ₆Ｈ₆Ｏ
よって、カルボン酸の分子式はＣ₅Ｈ₈Ｏ₂で、
カルボキシ基を別にかくとＣ₄Ｈ₇－ＣＯＯＨとなります。
このＣ₄Ｈ₇－の構造を考えるのですが、この部分は不飽和度１と分かります。
不飽和度は、「水素不足指数」ともいいます。直鎖飽和炭化水素（アルカン）と比べて水素がどれだけ少ないかを表します。
カルボキシ基を水素原子に置き換えると、Ｃ₄Ｈ₈です。炭素数をｎとおくと、ＣnＨ2nと書けるので、アルカンよりも水素が２つ少ないことが分かり、不飽和度はこの値を２で割った数値となります。
二重結合や三重結合だけでなく、環状構造が１つできると不飽和度が増加します。これは、輪っかを作ると、両端の水素原子がなくなるため、と理解するといいでしょう。
不飽和度については、以下のように整理しておきましょう。
・官能基は水素原子に置き換える。
・ＣnＨ2n+2 → 不飽和度０
・ＣnＨ2n → 不飽和度１
・ＣnＨ2n-2 → 不飽和度２
・ＣnＨ2n-4 → 不飽和度３…
・二重結合 → 不飽和度＋１
・三重結合 → 不飽和度＋２
・環状構造 → 不飽和度＋１
不飽和度１ということは、二重結合か、環状構造のどちらかを１つもっているということです。
ここで、①直鎖状、②枝分かれ、③環状構造（三角形）、④環状構造(四角形)の４グループに分けて列挙してみましょう。
① 直鎖状
直鎖状に４つ炭素をならべ、左端にカルボキシ基をくっつけます。二重結合となる結合の位置を変えていくと３つ描けますね。不斉炭素原子はありません。
さらに、カルボキシ基の位置を左端から２個目の炭素にくっつけることにすると、もう３つ描けます。このうち、１つは不斉炭素原子をもちますね。
② 枝分かれ
４つの炭素原子が枝分かれし、二重結合をもつ場合、カルボキシ基は分岐部の炭素には結合できません。よって、単結合の先にある炭素か、二重結合の先にある炭素かの２択です。どちらも不斉炭素原子はもちません。
③ 環状構造（三角形）
４つの炭素原子は「三角形の環状構造の外に炭素原子が１つくっついた構造」をとります。ここにカルボキシ基をくっつける方法は、外の炭素原子につくか、三角形に直接くっつけるかの２択です。このうち、三角形に直接つくパターンでは、不斉炭素原子を２つもちますね。
環状構造の一部をなす炭素原子であっても、不斉炭素原子になることがあります。結合の先にあるものが同等か、そうでないかで判断すれば、意外と難しくありません。
④ 環状構造（四角形）
４つの炭素原子が四角形の環状構造をとり、そのうちの１つの炭素原子にカルボキシ基をくっつくので、上記の１通りです。不斉炭素原子はもちません。
以上より、以下の２つが不斉炭素原子をもちます。
不斉炭素原子を探すとき、１つ１つ考え検討して膨大な時間をかけていませんか？
不斉炭素原子を探すときは「まず関係ないＣを除外する」というテクニックを使い、時間を節約しましょう。
不斉炭素原子は４本の手にそれぞれ異なる原子団をもったＣです。よって、二重結合や三重結合をもっていたり、ＣＨ₂、ＣＨ₃と表記されているＣは、不斉炭素原子になることはありません。
上図のように×印をつけて除外していけば、１０個のＣから検討が必要なＣを２つにしぼることができます。
Ⅳ
執筆準備中です。
