2021年京大化学第1問


 今年の第1問はめっちゃ普通の酸化・還元と電気分解の問題でした⚡
 後に控える第2問が凶悪なのもあり、ここは高得点を収めたいところです👊
といっても、1ヶ所解釈に困りそうなところがあるけど。


問1 水溶液中にCu²⁺、I⁻が存在。CuI(Cuの酸化数+1)が生じたので、Cu²⁺は還元された。
   また、I⁻は酸化されてI₂になる。さらに、I₂とI⁻が共存するとき、以下の反応により
   水溶液が褐色になることは知っておく!
          I₂+I⁻⇔I₃⁻
(ア)Cu²⁺   (イ)還元  (ウ)I⁻ (エ) 酸化  (オ)I₂     (カ)I₃⁻

問2 「I₂+I⁻⇔I₃⁻の平衡は完全に右に偏る」から何を意識するか🧐❓

   ⇒ 反応式にはI₂やI⁻でなくI₃⁻を書け!という意味
    Cu²⁺+aI⁻→CuI+bI₃⁻とおくと、I数と電荷について
    I数: a=1+3b  → a-3b=1
    電荷:2-a=-b   → a-b=2      ∴(a,b)=(5/2,1/2)
 
 ∴ (a,b)=(5/2,1/2)を入れた式を2倍して 2Cu²⁺+5I⁻→2CuI+I₃⁻

問3 酸化剤:I₂+2e⁻→2I⁻・・・・・・①
   還元剤:2S₂O₃²⁻→S₄O₆²⁻+2e⁻・・②
  
   ①+②より I₂+2S₂O₃²⁻→S₄O₆²⁻+2I⁻
ここで、平衡は完全に右に偏るため、I₂でなくI₃⁻を表記するので、
両辺にI⁻を足してI₂+I⁻=I₃⁻と書き直すと
I₃⁻+2S₂O₃²⁻→S₄O₆²⁻+3I⁻

問4 S₂O₃²⁻と反応したI₂は0.1×18.2×10⁻³/2 =0.91×10⁻³(mol)
[実験1]でCu²⁺1molからI₂は0.5mol生じるので、電気分解後のCuSO₄水溶液2ml中に
あったCu²は0.91×10⁻³×2=1.82×10⁻³(mol)
∴溶液10L中のCu²⁺は1.82×10⁻³×10⁴/2 =9.10(mol)

問5 緩衝作用が最大なのは、[CH₃COOH]=[CH₃COO⁻]のとき

   (京大受験する層なら勘は働くだろうが・・)
Ka=[CH₃COO⁻][H⁺]/[CH₃COOH]より
[H⁺]=Ka ⇒ -log₁₀[H⁺]=pH=-log₁₀Ka

問6 陽極では水の電気分解、陰極ではCu²⁺の還元。
   (a) 2H₂O→O₂+4H⁺+4e⁻
(b) Cu²⁺+2e⁻→Cu

問7 流れた電子は
193×1000/9.65×10⁴=2(mol)なので、析出するCuの理論量は2×1/2=1(mol)。
(答) 1.00(mol)

問8 実際には利用されたCu²⁺は1.0×10-9.10=0.90(mol)。

  ∴求める効率は 100×0.9/1.0=90%


【講評】
重要問題集レベルをしっかり勉強したら普通に満点近く取れるので特にコメントなしかな。
ただし、「I₂+I⁻⇔I₃⁻の平衡は完全に右に偏る」の表現の意図を汲み取るのは苦労するかも。



これは化学の問題演習として外せません!標準問題をマスターするためのバイブルと
いってもいいでしょう📕 進学校の学校教材で使われることもあるようですね。

これは、著者の経験上「各分野の原理を押さえ、超基礎的な知識なら覚えた状態」になってから
使い始めると一番効果が出る気がします。A問題は知識や一般解法の整理B問題は問題の
意図を汲み取り適切な解法は何かを思考する訓練
として使うとよさげです。

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