2021年東大化学第2問

第2問から理論化学です。Ⅰは気体、Ⅱは一部有機を含むが理論分野の寄せ集めといった感じ
でしょうか😎Ⅰは確実に時間を食う分、Ⅱを素早く片付けたいところですね。


状況把握を明確にする。[実験]を図示してわかりやすく!

・XH₂(固)⇔X(固)+H₂(気)、Kp=pH₂=2.00×10⁵(Pa)
・はじめX(固)とH₂(気)が存在するとき、圧力が増してpH₂=2.00×10⁵(Pa)になると
 XH₂(固)が生成し始める

(ア) 状態方程式PV=nRTの計算をするだけ。527℃=800K。
    2.7×10⁵×V=(1.5+1.2)×8.31×10³×800 ⇒ V≒66(L)

(イ) pH₂=2.00×10⁵(Pa)より、pAr=2.0×10⁵×1.2/1.5=1.6×10⁵(Pa)
   よって、全圧は2.0×10⁵+1.6×10⁵=3.6×10⁵(Pa)

(ウ)具体的状況で考えてみる。
・水素がすごく少ないとき
 圧縮してもpH₂<2.00×10⁵(Pa)のままでXに吸蔵されない。
 よって、xが小さいうちは全圧はxの値によって変わらない。

・水素がすごく多いとき
 pH₂=2.00×10⁵(Pa)になるまでXに吸蔵されて気体のH₂の物質量は少なくなる。

                      (答)


(エ)pH₂=2.00×10⁵(Pa)より、pAr=0.2×10⁵(Pa)。
   気体のH₂は1.2×1/10=0.12(mol)より、1.50-0.12=1.38≒1.4(mol)のH₂が吸蔵された。

(オ)

(カ)H₂+I₂⇔2HIは両辺で気体の合計物質量は同じ=平衡が体積によって変化しない
   これに気付かないと本問はできない😵

   H₂が0.5molでpH₂=2.00×10⁵(Pa)なので、
   全圧は2.0×10⁵×0.5+0.2+2.0/0.5 = 1.08×10⁵≒1.1×10⁵(Pa)

(キ )I₂の分圧をx(Pa)、HIの分圧をy(Pa)とすると水素はいくらか吸蔵された状態なので、
    pH₂=2.00×10⁵(Pa)。



(ク) 酸性アミノ酸の等電点は小さく、塩基性アミノ酸の等電点は大きいのは基本事項。
    ・「等電点=溶液中のアミノ酸の電荷合計が0となるpH
    ・pH=-log₁₀[H⁺]は暗記必須!
・NaOHと反応する官能基は-COOH1つ、-NH₂1つで計2つ →(6)
・COOHを中和するのにNaOHは倍量必要→(7)
・消去法で(5)

(ケ) 生成物は与えられているので反応式を書いて係数比較。
   (NH₂)₂CO+aH₂O→bNH₃+cCO₂
    N:2=b、H:4+2a=3b、C:1=c →(a,b,c)=(1,2,1)。
    ∴  (NH₂)₂CO+H₂O→2NH₃+CO₂

(コ)  単体からある化合物ができるときの発熱量が「生成熱」
  H₂(気)+O₂(気)=H₂O₂(液)+187.8kJ・・・①
  H₂(気)+1/2O₂(気)=H₂O(液)+285.8kJ・・②
  また、H₂O₂(液)=H₂O(液) +1/2O₂(気)+QkJ
  ①- ②より 1/2O₂(気)=H₂O₂(液)-H₂O(液)+98.0kJ

∴H₂O₂(液)=H₂O(液) +1/2O₂(気)+QkJ   (答)98kJ/mol

(サ)触媒(カタラーゼ)で反応速度が10¹²倍⇒反応速度係数がk→10¹²kに変化

(シ)
・pHが1増すと水素イオン濃度は1/10倍になることから、1次,2次,対数関数は不適。
 ゆえに、消去法的に「指数
・[H⁺]が小さいので、濃度に比例して反応速度が「減少」。




【講評】
Ⅰ:ウの判定にやや手間取るかも。カはH₂+I₂⇔2HIの平衡が体積変化しないことに着目するのが
  難しかった
のでは?しかし、過程を書かせる問題が多すぎるぞ、おい😩💢
Ⅱ:やや易。ただ指示に従って計算するだけ。サはpH=-log₁₀[H⁺]さえ理解していれば勘でも
  当たる。



引き続き、鉄緑会の東大化学をおすすめしますm(__)m

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