身の回りの化学(用途・材料) 16族元素編
今日は、身の回りの化学(用途・材料) 16族元素編についてです。
センター試験は特に時間が勝負なので、あるキーワードに対して
いくつかの関連用語が条件反射的にイメージできるようになることが重要です。
そこで、用途や材料に関するテーマで
入試問題をデータベースソフトで徹底的に調べ上げ、「用途・材料のキーワード」に対する条件反射的に思い浮かべてほしい「物質」をまとめました。
16族元素には、酸素O、硫黄S、セレンSe、テルルTe、ポロニウムPoがあり、これらすべては典型元素ですが、O、S、Se、Teは非金属元素、Poは金属元素に分類されます。
16族では、SとOに関する物質についておさえておけばいいでしょう。
飲料水や空気の殺菌・消毒、繊維の漂白……オゾンO3
※オゾンは常温常圧で薄青色の気体で、フッ素に次いで強い酸化作用を示します。この性質は、飲料水の殺菌・消毒や脱臭処理などに利用されています。
消毒殺菌剤……オキシドール(過酸化水素の水溶液)
紙や繊維などの漂白剤……二酸化硫黄SO2
※二酸化硫黄は色素を還元するため、漂白・脱色作用に用いられます。
☆漂白・脱色作用がある気体は次の３つを覚えましょう!
オゾン、塩素(酸化作用)
二酸化硫黄(還元作用)
鉛蓄電池などの電池の電解液、肥料・医薬品・有機化合物の製造など化学工業で広く利用……硫酸H2SO4
乾燥剤……濃硫酸
※濃硫酸は吸湿性があるため、乾燥剤に用いられます。
濃硫酸と希硫酸の性質は入試でよく問われます。下記を比較して覚えましょう。
☆希硫酸の性質
① 強酸性を示す。(水素よりもイオン化傾向の大きい金属(Pbは除く)を溶かす。)
② Ba2+,Ca2+,Pb2+と難溶性の塩を形成する。 BaSO4(白色),CaSO4(白色),PbSO4(白色)
☆濃硫酸の性質
① 粘度が大きく不揮発性の酸。(分子間で水素結合により強く結合しているため)
② 吸湿性。(酸性の乾燥剤として利用)
③ 脱水作用。(水分子がなくても化合物からHとOHをH2Oの形で奪う)
④ 溶解熱が大きい。(薄めるときは,多量の水に少しずつ濃硫酸を加える)
⑤ 熱濃硫酸は,酸化力が強い。
以下は、用途・材料に関して出題された問題です。
■ 2010 静岡大学 工 農 理
硫黄は自然界に広く硫化物として存在し，単体としては火山地帯で産出するほか，石油の精製時に得られる。硫黄を空気中で燃やすと，刺激臭のある有毒な気体である (ｱ) を生成する。 (ｱ) は水と反応すると酸性を示す。非金属元素のこのような化合物を (ｲ) という。
硫化鉄(Ⅱ)に希硫酸または希塩酸を加えると， (ｳ) を生じる。 (ｳ) は火山ガスなどに含まれ，無色の有毒な気体で腐卵臭がある。
硫酸は工業的には，単体の硫黄の燃焼により生成した (ｱ) を空気酸化して三酸化硫黄をつくり，これを水に吸収させて合成される。この合成法を (ｴ) という。硫酸は鉛蓄電池，肥料，薬品や有機化合物の製造など化学工業で広く用いられている。
問1 上の文章の (ｱ) ～ (ｴ) にあてはまる適切な用語または化合物名を解答欄に記せ。
ア 二酸化硫黄
イ 酸性酸化物
ウ 硫化水素
エ 接触法
■2012 立命館大学 理工 情報理工 生命科 薬
単体の硫黄は，火山地帯で産出したり，石油を精製するときに得られ，斜方硫黄，単斜硫黄，ゴム状硫黄などの あ がある。結晶の硫黄や120℃付近の液状硫黄は，環状分子 ア からできているが，ゴム状硫黄では，環が開いたものがつながりあった鎖状分子Sxになっている。
(a)硫黄は，空気中で点火すると，青い炎をあげて燃え，無色で有毒な二酸化硫黄を生じる。また，二酸化硫黄は，黄鉄鉱を燃焼させても酸化鉄(Ⅲ)とともに生じる。
(b)この二酸化硫黄を， イ を触媒として，空気中の酸素と反応させると三酸化硫黄になる。
(c)この三酸化硫黄を濃硫酸に吸収させて発煙硫酸にして，さらにこれを希硫酸に加えて濃硫酸にする。このような硫酸の工業的製造法を い という。
このようにして製造した濃硫酸の性質は以下のとおりである。
① 濃硫酸は，無色で，粘度や密度の大きい不揮発性の液体であるから，揮発性の酸の塩とともに加熱すると，揮発性の酸が遊離してくる。
② 濃硫酸は，OH基をもつ有機化合物から水を脱離させる脱水作用が強い。
③ 濃硫酸は，強い吸湿性をもち，乾燥剤として用いられる。
④ 濃硫酸は，加熱すると強い う を示し，金や白金を除くほとんどの金属と反応して二酸化硫黄を発生する。
〔1〕 文章中の あ ～ う について，最も適当な語句を下の選択肢の中から選び，その番号を解答用紙にマークせよ。
① 隔膜法
② 酸化作用
③ 酸性
④ 接触法
⑤ 同位体
⑥ 同素体
答え…
〔1〕
あ ⑥
い ④
う ②
■ 2009 東北薬科大学 薬
問 過酸化水素に関するつぎの記述のうち，誤っている組合せはどれか。
ａ 過酸化水素は反応する相手によって酸化剤になったり，還元剤になったりする。
ｂ 過酸化水素の酸素原子の酸化数は，－2である。
ｃ 過酸化水素水に酸化マンガン(Ⅳ)を加えて発生した酸素の捕集には，上方置換が最も適している。
ｄ 消毒殺菌剤に使われているオキシドールは，過酸化水素の水溶液である。
① (ａ，ｂ) ② (ａ，ｃ) ③ (ａ，ｄ) ④ (ｂ，ｃ)
⑤ (ｂ，ｄ) ⑥ (ｃ，ｄ)
答え…
問 ④
■ 2010 上智大学 理工
酸素の A であるオゾン(O3)は，常温常圧では薄青色の気体である。オゾンは分解して B に変わりやすく， C に次いで強い D 作用を示す。この性質は，水道水の浄化，滅菌，脱臭処理などに利用されている。また，大気上層にあるオゾン層は，太陽光に含まれる E のうち生物に有害な波長の光を吸収する。
オゾンを合成するには，空気に E を照射する方法や，空気中で低温の放電を起こす方法が用いられている。
問 A ～ H にあてはまる語句をa)～l)から選べ。同じ選択肢を何度用いてもよい。正解が複数ある場合，あるいは正解がない場合にはm欄をマークせよ。
a) 還元
b) 吸熱反応
c) 酸化
d) 酸素
e) 紫外線
f) 水素
g) 赤外線
h) 同位体
i) 同素体
j) 発熱反応
k) フッ素
l) ヨウ素
答え…
A i) 同素体
B d) 酸素
C k) フッ素
D c) 酸化
E e) 紫外線
■2009 関東学院大学 人間環境
問 次の問の文を読み，下の語群より最も適当なものを選びマークせよ。
オゾンは酸素の 23 であり，成層圏では生体に有害な 24 線を吸収して，地球上の生物を守っている。従来，スプレーの噴射剤や冷蔵庫・エアコンの冷媒などに使用されてきた 25 は成層圏でオゾンを分解するため，それに代わる物質の開発が進められている。オゾンは酸素中での 26 や酸素への 24 線の照射により生成する。オゾンが分解したときにできる 27 は 28 力が強く，殺菌作用がある。また，オゾンの検出には，水にしめらせたヨウ化カリウムデンプン紙が使用される。湿ったヨウ化カリウムデンプン紙はオゾンに触れると 29 色に変化するためである。
[語群]
① 同位体 ② 紫外 ③ 同素体 ④ 赤外
⑤ 青 ⑥ フロン ⑦ 赤 ⑧ 酸素
⑨ 放電 ⑩ 酸化
答え…
23 ③ 同素体
24 ② 紫外
25 ⑥ フロン
26 ⑨ 放電
27 ⑧ 酸素
28 ⑩ 酸化
29 ⑤ 青
■2013 横浜国立大学 理工
硫酸は化学実験で使われるばかりでなく，さまざまな工業製品や医薬品の製造などに不可欠であることから大変重要な物質である
～中略～
濃硫酸を水に溶かすと発熱し希硫酸になる。硫酸は水溶液中で解離して酸性を示す。酸である硫酸は水酸化ナトリウムなどの塩基と中和反応を起こす。また，希硫酸は水素よりイオン化傾向が大きい金属と反応して金属を溶かし水素を発生する。硫酸イオンSO42－はバリウムイオンBa2＋や鉛(Ⅱ)イオンPb2＋などと反応して白色沈殿を生じる。特に，硫酸バリウムBaSO4は，X線検査の造影剤として用いられるほか，化学的に安定な性質を利用して顔料や塗料などにも使用されている。また，硫酸は鉛蓄電池をはじめとする各種の電池の電解液としても用いられている。
■ 2013 京都府立医科大学 医
O3は常温常圧で薄青色の気体である。フッ素に次いで強い酸化作用を示す。この性質は，水道水の浄化や脱臭処理などに利用されている。
「電離平衡に関する問題 完全攻略チャート＆過去問解説集」の販売を開始しました。
完全攻略チャートのサンプルを公開しました。
結晶格子に関する問題のチャート⑤(11枚の中の1枚)
溶液の濃度に関する問題のチャート①(4枚の中の1枚)
気体の製法と性質に関する問題チャート①(5枚の中の1枚)
アセタール化の計算問題のチャート③(7枚の中の1枚)
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センター試験は特に時間が勝負なので、あるキーワードに対して
いくつかの関連用語が条件反射的にイメージできるようになることが重要です。
そこで、用途や材料に関するテーマで
入試問題をデータベースソフトで徹底的に調べ上げ、「用途・材料のキーワード」に対する条件反射的に思い浮かべてほしい「物質」をまとめました。
16族元素には、酸素O、硫黄S、セレンSe、テルルTe、ポロニウムPoがあり、これらすべては典型元素ですが、O、S、Se、Teは非金属元素、Poは金属元素に分類されます。
16族では、SとOに関する物質についておさえておけばいいでしょう。
飲料水や空気の殺菌・消毒、繊維の漂白……オゾンO3
※オゾンは常温常圧で薄青色の気体で、フッ素に次いで強い酸化作用を示します。この性質は、飲料水の殺菌・消毒や脱臭処理などに利用されています。
消毒殺菌剤……オキシドール(過酸化水素の水溶液)
紙や繊維などの漂白剤……二酸化硫黄SO2
※二酸化硫黄は色素を還元するため、漂白・脱色作用に用いられます。
☆漂白・脱色作用がある気体は次の３つを覚えましょう!
オゾン、塩素(酸化作用)
二酸化硫黄(還元作用)
鉛蓄電池などの電池の電解液、肥料・医薬品・有機化合物の製造など化学工業で広く利用……硫酸H2SO4
乾燥剤……濃硫酸
※濃硫酸は吸湿性があるため、乾燥剤に用いられます。
濃硫酸と希硫酸の性質は入試でよく問われます。下記を比較して覚えましょう。
☆希硫酸の性質
① 強酸性を示す。(水素よりもイオン化傾向の大きい金属(Pbは除く)を溶かす。)
② Ba2+,Ca2+,Pb2+と難溶性の塩を形成する。 BaSO4(白色),CaSO4(白色),PbSO4(白色)
☆濃硫酸の性質
① 粘度が大きく不揮発性の酸。(分子間で水素結合により強く結合しているため)
② 吸湿性。(酸性の乾燥剤として利用)
③ 脱水作用。(水分子がなくても化合物からHとOHをH2Oの形で奪う)
④ 溶解熱が大きい。(薄めるときは,多量の水に少しずつ濃硫酸を加える)
⑤ 熱濃硫酸は,酸化力が強い。
以下は、用途・材料に関して出題された問題です。
■ 2010 静岡大学 工 農 理
硫黄は自然界に広く硫化物として存在し，単体としては火山地帯で産出するほか，石油の精製時に得られる。硫黄を空気中で燃やすと，刺激臭のある有毒な気体である (ｱ) を生成する。 (ｱ) は水と反応すると酸性を示す。非金属元素のこのような化合物を (ｲ) という。
硫化鉄(Ⅱ)に希硫酸または希塩酸を加えると， (ｳ) を生じる。 (ｳ) は火山ガスなどに含まれ，無色の有毒な気体で腐卵臭がある。
硫酸は工業的には，単体の硫黄の燃焼により生成した (ｱ) を空気酸化して三酸化硫黄をつくり，これを水に吸収させて合成される。この合成法を (ｴ) という。硫酸は鉛蓄電池，肥料，薬品や有機化合物の製造など化学工業で広く用いられている。
問1 上の文章の (ｱ) ～ (ｴ) にあてはまる適切な用語または化合物名を解答欄に記せ。
ア 二酸化硫黄
イ 酸性酸化物
ウ 硫化水素
エ 接触法
■2012 立命館大学 理工 情報理工 生命科 薬
単体の硫黄は，火山地帯で産出したり，石油を精製するときに得られ，斜方硫黄，単斜硫黄，ゴム状硫黄などの あ がある。結晶の硫黄や120℃付近の液状硫黄は，環状分子 ア からできているが，ゴム状硫黄では，環が開いたものがつながりあった鎖状分子Sxになっている。
(a)硫黄は，空気中で点火すると，青い炎をあげて燃え，無色で有毒な二酸化硫黄を生じる。また，二酸化硫黄は，黄鉄鉱を燃焼させても酸化鉄(Ⅲ)とともに生じる。
(b)この二酸化硫黄を， イ を触媒として，空気中の酸素と反応させると三酸化硫黄になる。
(c)この三酸化硫黄を濃硫酸に吸収させて発煙硫酸にして，さらにこれを希硫酸に加えて濃硫酸にする。このような硫酸の工業的製造法を い という。
このようにして製造した濃硫酸の性質は以下のとおりである。
① 濃硫酸は，無色で，粘度や密度の大きい不揮発性の液体であるから，揮発性の酸の塩とともに加熱すると，揮発性の酸が遊離してくる。
② 濃硫酸は，OH基をもつ有機化合物から水を脱離させる脱水作用が強い。
③ 濃硫酸は，強い吸湿性をもち，乾燥剤として用いられる。
④ 濃硫酸は，加熱すると強い う を示し，金や白金を除くほとんどの金属と反応して二酸化硫黄を発生する。
〔1〕 文章中の あ ～ う について，最も適当な語句を下の選択肢の中から選び，その番号を解答用紙にマークせよ。
① 隔膜法
② 酸化作用
③ 酸性
④ 接触法
⑤ 同位体
⑥ 同素体
答え…
〔1〕
あ ⑥
い ④
う ②
■ 2009 東北薬科大学 薬
問 過酸化水素に関するつぎの記述のうち，誤っている組合せはどれか。
ａ 過酸化水素は反応する相手によって酸化剤になったり，還元剤になったりする。
ｂ 過酸化水素の酸素原子の酸化数は，－2である。
ｃ 過酸化水素水に酸化マンガン(Ⅳ)を加えて発生した酸素の捕集には，上方置換が最も適している。
ｄ 消毒殺菌剤に使われているオキシドールは，過酸化水素の水溶液である。
① (ａ，ｂ) ② (ａ，ｃ) ③ (ａ，ｄ) ④ (ｂ，ｃ)
⑤ (ｂ，ｄ) ⑥ (ｃ，ｄ)
答え…
問 ④
■ 2010 上智大学 理工
酸素の A であるオゾン(O3)は，常温常圧では薄青色の気体である。オゾンは分解して B に変わりやすく， C に次いで強い D 作用を示す。この性質は，水道水の浄化，滅菌，脱臭処理などに利用されている。また，大気上層にあるオゾン層は，太陽光に含まれる E のうち生物に有害な波長の光を吸収する。
オゾンを合成するには，空気に E を照射する方法や，空気中で低温の放電を起こす方法が用いられている。
問 A ～ H にあてはまる語句をa)～l)から選べ。同じ選択肢を何度用いてもよい。正解が複数ある場合，あるいは正解がない場合にはm欄をマークせよ。
a) 還元
b) 吸熱反応
c) 酸化
d) 酸素
e) 紫外線
f) 水素
g) 赤外線
h) 同位体
i) 同素体
j) 発熱反応
k) フッ素
l) ヨウ素
答え…
A i) 同素体
B d) 酸素
C k) フッ素
D c) 酸化
E e) 紫外線
■2009 関東学院大学 人間環境
問 次の問の文を読み，下の語群より最も適当なものを選びマークせよ。
オゾンは酸素の 23 であり，成層圏では生体に有害な 24 線を吸収して，地球上の生物を守っている。従来，スプレーの噴射剤や冷蔵庫・エアコンの冷媒などに使用されてきた 25 は成層圏でオゾンを分解するため，それに代わる物質の開発が進められている。オゾンは酸素中での 26 や酸素への 24 線の照射により生成する。オゾンが分解したときにできる 27 は 28 力が強く，殺菌作用がある。また，オゾンの検出には，水にしめらせたヨウ化カリウムデンプン紙が使用される。湿ったヨウ化カリウムデンプン紙はオゾンに触れると 29 色に変化するためである。
[語群]
① 同位体 ② 紫外 ③ 同素体 ④ 赤外
⑤ 青 ⑥ フロン ⑦ 赤 ⑧ 酸素
⑨ 放電 ⑩ 酸化
答え…
23 ③ 同素体
24 ② 紫外
25 ⑥ フロン
26 ⑨ 放電
27 ⑧ 酸素
28 ⑩ 酸化
29 ⑤ 青
■2013 横浜国立大学 理工
硫酸は化学実験で使われるばかりでなく，さまざまな工業製品や医薬品の製造などに不可欠であることから大変重要な物質である
～中略～
濃硫酸を水に溶かすと発熱し希硫酸になる。硫酸は水溶液中で解離して酸性を示す。酸である硫酸は水酸化ナトリウムなどの塩基と中和反応を起こす。また，希硫酸は水素よりイオン化傾向が大きい金属と反応して金属を溶かし水素を発生する。硫酸イオンSO42－はバリウムイオンBa2＋や鉛(Ⅱ)イオンPb2＋などと反応して白色沈殿を生じる。特に，硫酸バリウムBaSO4は，X線検査の造影剤として用いられるほか，化学的に安定な性質を利用して顔料や塗料などにも使用されている。また，硫酸は鉛蓄電池をはじめとする各種の電池の電解液としても用いられている。
■ 2013 京都府立医科大学 医
O3は常温常圧で薄青色の気体である。フッ素に次いで強い酸化作用を示す。この性質は，水道水の浄化や脱臭処理などに利用されている。
「電離平衡に関する問題 完全攻略チャート＆過去問解説集」の販売を開始しました。
完全攻略チャートのサンプルを公開しました。
結晶格子に関する問題のチャート⑤(11枚の中の1枚)
溶液の濃度に関する問題のチャート①(4枚の中の1枚)
気体の製法と性質に関する問題チャート①(5枚の中の1枚)
アセタール化の計算問題のチャート③(7枚の中の1枚)
こちら(HP 恋する化学)よりご購入いただけます。
参考書は、下記DLマーケットにて販売しています。
【「くらべてつなげてまとめる無機化学」 第一部】
【「くらべてつなげてまとめる無機化学」 第二部】
【「くらべてつなげてまとめる有機化学」 第一部】
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身の回りの化学(用途・材料) 15族元素編
今日は、身の回りの化学(用途・材料) 15族元素編についてです。
センター試験は特に時間が勝負なので、あるキーワードに対して
いくつかの関連用語が条件反射的にイメージできるようになることが重要です。
そこで、用途や材料に関するテーマで
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15族に属する元素には、窒素N、リンP、ヒ素As、アンチモンSb、ビスマスBiがあり、いずれも５個の最外殻電子をもちます。
これらすべては典型元素ですが、N、P、Asは非金属元素、Sb、Biは金属元素に分類されます。
15族ではNとPに関する物質についておさえておけばいいでしょう。
冷却剤……液体窒素
空気や生物などを構成する元素……窒素N2
※窒素の単体は、標準状態で二原子分子N2からなる気体で、空気中に体積比で約78％存在しています。
☆空気中の体積比
窒素N2:78％,酸素O2:20％,アルゴンAr:0.9％,二酸化炭素:CO2 0.04％
笑気ガス(麻酔作用)……一酸化二窒素N2O
肥料の三要素の１つ……リンP
※窒素、リン、カリウムは植物の生育に欠かせなく、肥料の三要素とよばれます。
植物は、リンを単体のままでは吸収できず,水に溶けたH2PO4－などのイオンの形で根から吸収します。
殺鼠剤や薬品の原料……黄リン
マッチの側薬や薬品の原料……赤リン
乾燥剤・脱水剤……十酸化四リンP4O10
リン鉱石・動物の歯や骨の主成分……リン酸カルシウムCa3(PO4)2
肥料、染料、医薬品、火薬などの重要な原料……硝酸HNO3
※硝酸は工業的にはオストワルト法(アンモニア酸化法)によって製造されます。この方法によって大規模に製造されるようになりました。
肥料……尿素(NH2)2CO
※尿素は、アンモニアを二酸化炭素と高温、高圧で反応させると尿素が生成します。
尿素は、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウムなどとともに窒素肥料として用いられます。
以下は、用途・材料に関して出題された問題です。
■ 2012 宮崎大学 教育文化 工 農
窒素Nは，空気や生物などを構成する元素として，自然界に広く存在している。単体は標準状態で二原子分子N2)からなる無色無臭の気体で，空気中に体積比で７８％存在している。工業的には主に液体空気の分留で得られる。液体窒素は冷却剤として使われている。窒素の単体N2は化学的に不活性で，室温では安定だが，空気中で火花放電を行うと，酸素と化合して一酸化窒素になる。一酸化窒素は水に溶けにくい無色の気体で，空気中の酸素と反応して二酸化窒素になる。二酸化窒素は イ 色のきわめて有毒な気体で，室温では一部が無色の四酸化二窒素に変化している。
リンPは，リン酸塩として動物の骨や歯に多く含まれ，生体の物質代謝にも重要な働きをもつ元素である。黄リンと赤リンはリンの ウ で，空気中で燃やすと，いずれも吸湿性の強い白色粉末状の十酸化四リンを生じる。十酸化四リンに水を加えて煮沸するとリン酸になる。
問 文章中の空欄 イ、 ～ ウ の中に入る最も適当な語句あるいは数値を書け。
答え…
イ 赤褐
ウ 同素体
■ 2012 奈良女子大学 理 生活環境
周期表の15族に属する非金属元素には，窒素，リン，( a )があり，窒素はL殻，リンはM殻，( a )はN殻にいずれも( ア )個の最外殻電子をもっている。窒素とリンはカリウムと合わせて植物の生育に必要な肥料の三要素として知られ，水素，酸素，ハロゲンと様々な化合物を形成する。
窒素の水素化物であるアンモニアは，工業的には( イ )法によって窒素と水素から直接合成される。実験室では塩化アンモニウムと水酸化カルシウムの混合物を加熱して発生させ，( ウ )置換によって捕集する。アンモニアを二酸化炭素と高温，高圧で反応させると尿素が生成するが，尿素は塩化アンモニウム，硝酸アンモニウム，硫酸アンモニウムなどとともに窒素肥料として用いられる。窒素の酸化物としては一酸化窒素や二酸化窒素などがあり，これらはいずれも常温で気体である。一酸化窒素は実験室では希硝酸を( b )に加えて発生させ，( エ )置換で捕集する。二酸化窒素は濃硝酸を( b )に加えることで得られるが，水に溶けやすく空気より( オ )いので( カ )置換によって捕集する。二酸化窒素は常温以上では二量化しやすく，一部は無色の( c )に変化する。また，硝酸は肥料，染料，医薬品，火薬などの製造に使われており，工業的にはオストワルト法によってアンモニアを酸化して製造され，実験室では硝酸カリウムに( d )を加えて得ることができる。硝酸は( キ )や熱によってその一部が分解するので，褐色びんに入れて冷暗所で保存する。
リンの単体には黄リンや赤リンがある。黄リンは( ク )個のリン原子からなる無極性分子で，一つのリン原子は( ケ )個の( コ )結合を形成し，正四面体の立体構造をとる。黄リンはきわめて毒性が強く，空気中で自然発火するので( サ )中に保存する。一方，赤リンは多数のリン原子が( コ )結合で結ばれた網目状構造をもつ。黄リンと赤リンは互いに( シ )の関係にあり，黄リンを空気を断って250℃に熱すると赤リンが生じる。黄リンや赤リンを空気中で燃焼させると( ス )色の十酸化四リンの粉末が得られる。これは吸湿性が高いため，乾燥剤や脱水剤として用いられる。(3)十酸化四リンと水との反応で生じるリン酸は( セ )価の酸で，水溶液中では硝酸よりも( ソ )い酸性を示す。
問1 ( ア )～( タ )にあてはまる語句または数値を書け。
問2 ( a )～( d )にあてはまる元素名または化合物名を書け。
答え…
問1
ア ５
イ ハーバ・ボッシュ
ウ 上方
エ 水上
オ 重
カ 下方
キ 光
ク ４
ケ ４
コ 共有
サ 水中
シ 同素体
ス 白
セ ３
ソ 弱い
問2
a ヒ素
b 銅
c 四酸化二窒素
d 濃硫酸
■ 2009 長崎大学 医 教育 工 歯 水産 薬 環境科
Ⅰ
植物が正常に成長するためには，少なくとも16種類の元素が必要といわれている。これらの元素は，必須元素とよばれる。必須元素16種類のうち9種類は，比較的高い含有量で植物体を構成しており，これらは多量元素とよばれる。多量元素を原子番号の小さいものから順に並べると， ア ， イ ，窒素， ウ ，マグネシウム， エ ， オ ， カ ，カルシウムとなる。残りの7種類の元素(B，Cl，Mn，Fe，Cu，Zn，Mo)は，植物体にごく少量含まれており，微量元素とよばれる。植物の生育において，特に不足しやすい必須元素は，窒素， エ ， カ であり，これらは肥料の三要素とよばれる。一般に植物は，大気中の窒素を利用することができず，窒素原子を含むイオンを土壌から吸収することにより，元素としての窒素を取り込んでいる。大気中の窒素を工業的に固定して得られるアンモニアを原料として大量生産される主な窒素肥料として，硫酸アンモニウム(硫安)や キ がある。無機化合物である硫安は，安価で即効性の高い窒素肥料であるが，土壌を酸性化する欠点がある。一方，有機化合物である キ は，土壌を酸性にしない点で優れた窒素肥料で，土壌中の微生物の作用によって分解され，窒素原子を含むイオンを植物に供給する。
問１ 文章Ⅰの ア ～ カ に入る適切な元素を元素記号で記せ。また， キ に入る適切な物質名およびその化学式を記せ。
答え…
問１
ア H
イ C
ウ O
エ P
オ S
カ K
キ 尿素，(NH2)2CO
■ 2012 群馬大学 工－昼 工－夜主
窒素とリンはともに周期表 ア 族の元素で，これらの原子はいずれも価電子を イ 個持つ。室温において，窒素の単体は気体であるのに対し，リンの単体は固体である。リンの単体には，有毒で自然発火性のある あ や，毒性が低くマッチの摩擦面などに用いられる い などの同素体が存在する。
問 文章Ⅰの ア ～ イ に入る適切な数字を，あ、いに入る適切な物質名を記せ。
答え…
ア 15
イ 5
あ 黄リン
い 赤リン
■ 2013 明治大学一般 農
動物の歯や骨の主成分はリン酸カルシウム(Ca3)(PO4)2)であるので，リンは古くは骨や歯から製造されたが，現在ではリン鉱石に含まれるリン酸カルシウムをケイ砂とコークスと混ぜて電気炉で加熱し，発生するリン蒸気を水中で凝縮させて製造している。このようにして得られる単体は白リンであり，空気のない条件で300℃に加熱すると赤リンに変わる。白リンは四原子からなる正四面体の分子が集合したもので，透明なロウ状固体であり，表面に赤リンの被膜が形成して淡黄色に見えるので黄リンと呼ばれる。黄リンという純物質はない。
リンを空気中で燃焼させると十酸化四リンになる。この化合物は吸湿性が強く乾燥剤に用いられる。また，水を加えて加熱すると，徐々に反応してリン酸(H3)PO4))になる。
地球上で採掘されるリン鉱石の量は年間約1億5千万トンで，世界の食塩生産量よりも多い。既に品質のよいものは世界中で掘り尽くされ，リン資源の枯渇が懸念されている。リン鉱石のリンの約80％は化学肥料に使われているため，リン鉱石の枯渇は地球規模での農業生産に深刻な打撃を与え，人類の生存そのものにも重大な危機が迫っている。
(１) 以下の物質の中で，乾燥剤として使われないものは 20 である。
20
A NaHCO3
B CaO
C シリカゲル
D CaCl2
E H2SO4
(２) リン酸は無色の結晶で，潮解性がある。以下の化合物の中で，潮解性を示さないものは 21 である。
21
A NaOH
B KOH
C MgCl2
D FeCl3
E CaCl2
F Na2CO3･10H2O
答え…
(１) A
(２) F
■ 2010 東北薬科大学 薬
問 リンPについての記述のうち，誤っているものはどれか。
① 周期表で15族に属し，窒素Nの下に位置する。
② M殻に5個の価電子をもつ。
③ 自然界には単体として存在しない。
④ 赤リンは空気中で安定であり，マッチや火薬の材料に使われる。
⑤ 黄リンは正四面体状の分子P4が集まってできた共有結合の結晶で，非常に硬い。
答え…
⑤
■ 2010 慶應義塾大学 医
リンは人尿から抽出されて発見された元素であり，生物にとって不可欠な元素である。例えば，DNAなどの遺伝物質を作るためにも欠かせないし，リン酸カルシウムは骨や歯の主成分である。また，生体内のエネルギー源として働くATPもリン酸の化合物である。その他，マッチの発火剤としても使用されているし，農作物の肥料としても利用されている。
リンの単体は天然には存在しないが，人工的に得られる単体にはいくつかの同素体が存在する。このうち，よく知られている同素体は( A )と( B )の2種類である。( A )は毒性のある固体で反応性に富み，空気中では自然発火するので，水中に保存する。( B )は( A )に比べて反応性に乏しく，毒性が弱くて取り扱いやすい。( B )はガラス粉やニカワと混ぜてマッチの摩擦面に使われる。
2．( A )，( B )に入る適切な名称を記せ。
A 黄リン
B 赤リン
■2012 京都府立大学 2/25,前期日程 生命環境
窒素は空気の体積の約78％を占める主要成分であり，希ガスに次いで安定な気体である。多くの植物は，空気中の窒素をそのままの形では利用できないため，水に溶けたアンモニウムイオンや硝酸イオンとして根から吸収し，タンパク質や核酸などを合成するための窒素源として利用している。自然界では根粒菌が，大気中の窒素を窒素化合物へ変換(窒素固定)している。
一方，工業的に窒素を固定する方法として，窒素と水素からアンモニアの合成を行う( ア )法が，またアンモニアを酸化することで硝酸を得る( イ )法がそれぞれ開発された。これらの方法の開発により，それまで農作物の肥料はチリ硝石に依存していたが，安価に人工的に生産された窒素肥料が利用されるようになり，食料の安定供給につながった。
問 本文中の( ア )，( イ )に入る適切な方法名を答えよ。
答え…
ア ハーバー・ボッシュ法
イ オストワルト法
■2013 慶應義塾大学 薬
窒素単体は二原子分子であり，沸点が－196℃である。このことを利用して液体窒素が冷却剤として汎用される。
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完全攻略チャートのサンプルを公開しました。
結晶格子に関する問題のチャート⑤(11枚の中の1枚)
溶液の濃度に関する問題のチャート①(4枚の中の1枚)
気体の製法と性質に関する問題チャート①(5枚の中の1枚)
アセタール化の計算問題のチャート③(7枚の中の1枚)
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センター試験は特に時間が勝負なので、あるキーワードに対して
いくつかの関連用語が条件反射的にイメージできるようになることが重要です。
そこで、用途や材料に関するテーマで
入試問題をデータベースソフトで徹底的に調べ上げ、「用途・材料のキーワード」に対する条件反射的に思い浮かべてほしい「物質」をまとめました。
15族に属する元素には、窒素N、リンP、ヒ素As、アンチモンSb、ビスマスBiがあり、いずれも５個の最外殻電子をもちます。
これらすべては典型元素ですが、N、P、Asは非金属元素、Sb、Biは金属元素に分類されます。
15族ではNとPに関する物質についておさえておけばいいでしょう。
冷却剤……液体窒素
空気や生物などを構成する元素……窒素N2
※窒素の単体は、標準状態で二原子分子N2からなる気体で、空気中に体積比で約78％存在しています。
☆空気中の体積比
窒素N2:78％,酸素O2:20％,アルゴンAr:0.9％,二酸化炭素:CO2 0.04％
笑気ガス(麻酔作用)……一酸化二窒素N2O
肥料の三要素の１つ……リンP
※窒素、リン、カリウムは植物の生育に欠かせなく、肥料の三要素とよばれます。
植物は、リンを単体のままでは吸収できず,水に溶けたH2PO4－などのイオンの形で根から吸収します。
殺鼠剤や薬品の原料……黄リン
マッチの側薬や薬品の原料……赤リン
乾燥剤・脱水剤……十酸化四リンP4O10
リン鉱石・動物の歯や骨の主成分……リン酸カルシウムCa3(PO4)2
肥料、染料、医薬品、火薬などの重要な原料……硝酸HNO3
※硝酸は工業的にはオストワルト法(アンモニア酸化法)によって製造されます。この方法によって大規模に製造されるようになりました。
肥料……尿素(NH2)2CO
※尿素は、アンモニアを二酸化炭素と高温、高圧で反応させると尿素が生成します。
尿素は、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウムなどとともに窒素肥料として用いられます。
以下は、用途・材料に関して出題された問題です。
■ 2012 宮崎大学 教育文化 工 農
窒素Nは，空気や生物などを構成する元素として，自然界に広く存在している。単体は標準状態で二原子分子N2)からなる無色無臭の気体で，空気中に体積比で７８％存在している。工業的には主に液体空気の分留で得られる。液体窒素は冷却剤として使われている。窒素の単体N2は化学的に不活性で，室温では安定だが，空気中で火花放電を行うと，酸素と化合して一酸化窒素になる。一酸化窒素は水に溶けにくい無色の気体で，空気中の酸素と反応して二酸化窒素になる。二酸化窒素は イ 色のきわめて有毒な気体で，室温では一部が無色の四酸化二窒素に変化している。
リンPは，リン酸塩として動物の骨や歯に多く含まれ，生体の物質代謝にも重要な働きをもつ元素である。黄リンと赤リンはリンの ウ で，空気中で燃やすと，いずれも吸湿性の強い白色粉末状の十酸化四リンを生じる。十酸化四リンに水を加えて煮沸するとリン酸になる。
問 文章中の空欄 イ、 ～ ウ の中に入る最も適当な語句あるいは数値を書け。
答え…
イ 赤褐
ウ 同素体
■ 2012 奈良女子大学 理 生活環境
周期表の15族に属する非金属元素には，窒素，リン，( a )があり，窒素はL殻，リンはM殻，( a )はN殻にいずれも( ア )個の最外殻電子をもっている。窒素とリンはカリウムと合わせて植物の生育に必要な肥料の三要素として知られ，水素，酸素，ハロゲンと様々な化合物を形成する。
窒素の水素化物であるアンモニアは，工業的には( イ )法によって窒素と水素から直接合成される。実験室では塩化アンモニウムと水酸化カルシウムの混合物を加熱して発生させ，( ウ )置換によって捕集する。アンモニアを二酸化炭素と高温，高圧で反応させると尿素が生成するが，尿素は塩化アンモニウム，硝酸アンモニウム，硫酸アンモニウムなどとともに窒素肥料として用いられる。窒素の酸化物としては一酸化窒素や二酸化窒素などがあり，これらはいずれも常温で気体である。一酸化窒素は実験室では希硝酸を( b )に加えて発生させ，( エ )置換で捕集する。二酸化窒素は濃硝酸を( b )に加えることで得られるが，水に溶けやすく空気より( オ )いので( カ )置換によって捕集する。二酸化窒素は常温以上では二量化しやすく，一部は無色の( c )に変化する。また，硝酸は肥料，染料，医薬品，火薬などの製造に使われており，工業的にはオストワルト法によってアンモニアを酸化して製造され，実験室では硝酸カリウムに( d )を加えて得ることができる。硝酸は( キ )や熱によってその一部が分解するので，褐色びんに入れて冷暗所で保存する。
リンの単体には黄リンや赤リンがある。黄リンは( ク )個のリン原子からなる無極性分子で，一つのリン原子は( ケ )個の( コ )結合を形成し，正四面体の立体構造をとる。黄リンはきわめて毒性が強く，空気中で自然発火するので( サ )中に保存する。一方，赤リンは多数のリン原子が( コ )結合で結ばれた網目状構造をもつ。黄リンと赤リンは互いに( シ )の関係にあり，黄リンを空気を断って250℃に熱すると赤リンが生じる。黄リンや赤リンを空気中で燃焼させると( ス )色の十酸化四リンの粉末が得られる。これは吸湿性が高いため，乾燥剤や脱水剤として用いられる。(3)十酸化四リンと水との反応で生じるリン酸は( セ )価の酸で，水溶液中では硝酸よりも( ソ )い酸性を示す。
問1 ( ア )～( タ )にあてはまる語句または数値を書け。
問2 ( a )～( d )にあてはまる元素名または化合物名を書け。
答え…
問1
ア ５
イ ハーバ・ボッシュ
ウ 上方
エ 水上
オ 重
カ 下方
キ 光
ク ４
ケ ４
コ 共有
サ 水中
シ 同素体
ス 白
セ ３
ソ 弱い
問2
a ヒ素
b 銅
c 四酸化二窒素
d 濃硫酸
■ 2009 長崎大学 医 教育 工 歯 水産 薬 環境科
Ⅰ
植物が正常に成長するためには，少なくとも16種類の元素が必要といわれている。これらの元素は，必須元素とよばれる。必須元素16種類のうち9種類は，比較的高い含有量で植物体を構成しており，これらは多量元素とよばれる。多量元素を原子番号の小さいものから順に並べると， ア ， イ ，窒素， ウ ，マグネシウム， エ ， オ ， カ ，カルシウムとなる。残りの7種類の元素(B，Cl，Mn，Fe，Cu，Zn，Mo)は，植物体にごく少量含まれており，微量元素とよばれる。植物の生育において，特に不足しやすい必須元素は，窒素， エ ， カ であり，これらは肥料の三要素とよばれる。一般に植物は，大気中の窒素を利用することができず，窒素原子を含むイオンを土壌から吸収することにより，元素としての窒素を取り込んでいる。大気中の窒素を工業的に固定して得られるアンモニアを原料として大量生産される主な窒素肥料として，硫酸アンモニウム(硫安)や キ がある。無機化合物である硫安は，安価で即効性の高い窒素肥料であるが，土壌を酸性化する欠点がある。一方，有機化合物である キ は，土壌を酸性にしない点で優れた窒素肥料で，土壌中の微生物の作用によって分解され，窒素原子を含むイオンを植物に供給する。
問１ 文章Ⅰの ア ～ カ に入る適切な元素を元素記号で記せ。また， キ に入る適切な物質名およびその化学式を記せ。
答え…
問１
ア H
イ C
ウ O
エ P
オ S
カ K
キ 尿素，(NH2)2CO
■ 2012 群馬大学 工－昼 工－夜主
窒素とリンはともに周期表 ア 族の元素で，これらの原子はいずれも価電子を イ 個持つ。室温において，窒素の単体は気体であるのに対し，リンの単体は固体である。リンの単体には，有毒で自然発火性のある あ や，毒性が低くマッチの摩擦面などに用いられる い などの同素体が存在する。
問 文章Ⅰの ア ～ イ に入る適切な数字を，あ、いに入る適切な物質名を記せ。
答え…
ア 15
イ 5
あ 黄リン
い 赤リン
■ 2013 明治大学一般 農
動物の歯や骨の主成分はリン酸カルシウム(Ca3)(PO4)2)であるので，リンは古くは骨や歯から製造されたが，現在ではリン鉱石に含まれるリン酸カルシウムをケイ砂とコークスと混ぜて電気炉で加熱し，発生するリン蒸気を水中で凝縮させて製造している。このようにして得られる単体は白リンであり，空気のない条件で300℃に加熱すると赤リンに変わる。白リンは四原子からなる正四面体の分子が集合したもので，透明なロウ状固体であり，表面に赤リンの被膜が形成して淡黄色に見えるので黄リンと呼ばれる。黄リンという純物質はない。
リンを空気中で燃焼させると十酸化四リンになる。この化合物は吸湿性が強く乾燥剤に用いられる。また，水を加えて加熱すると，徐々に反応してリン酸(H3)PO4))になる。
地球上で採掘されるリン鉱石の量は年間約1億5千万トンで，世界の食塩生産量よりも多い。既に品質のよいものは世界中で掘り尽くされ，リン資源の枯渇が懸念されている。リン鉱石のリンの約80％は化学肥料に使われているため，リン鉱石の枯渇は地球規模での農業生産に深刻な打撃を与え，人類の生存そのものにも重大な危機が迫っている。
(１) 以下の物質の中で，乾燥剤として使われないものは 20 である。
20
A NaHCO3
B CaO
C シリカゲル
D CaCl2
E H2SO4
(２) リン酸は無色の結晶で，潮解性がある。以下の化合物の中で，潮解性を示さないものは 21 である。
21
A NaOH
B KOH
C MgCl2
D FeCl3
E CaCl2
F Na2CO3･10H2O
答え…
(１) A
(２) F
■ 2010 東北薬科大学 薬
問 リンPについての記述のうち，誤っているものはどれか。
① 周期表で15族に属し，窒素Nの下に位置する。
② M殻に5個の価電子をもつ。
③ 自然界には単体として存在しない。
④ 赤リンは空気中で安定であり，マッチや火薬の材料に使われる。
⑤ 黄リンは正四面体状の分子P4が集まってできた共有結合の結晶で，非常に硬い。
答え…
⑤
■ 2010 慶應義塾大学 医
リンは人尿から抽出されて発見された元素であり，生物にとって不可欠な元素である。例えば，DNAなどの遺伝物質を作るためにも欠かせないし，リン酸カルシウムは骨や歯の主成分である。また，生体内のエネルギー源として働くATPもリン酸の化合物である。その他，マッチの発火剤としても使用されているし，農作物の肥料としても利用されている。
リンの単体は天然には存在しないが，人工的に得られる単体にはいくつかの同素体が存在する。このうち，よく知られている同素体は( A )と( B )の2種類である。( A )は毒性のある固体で反応性に富み，空気中では自然発火するので，水中に保存する。( B )は( A )に比べて反応性に乏しく，毒性が弱くて取り扱いやすい。( B )はガラス粉やニカワと混ぜてマッチの摩擦面に使われる。
2．( A )，( B )に入る適切な名称を記せ。
A 黄リン
B 赤リン
■2012 京都府立大学 2/25,前期日程 生命環境
窒素は空気の体積の約78％を占める主要成分であり，希ガスに次いで安定な気体である。多くの植物は，空気中の窒素をそのままの形では利用できないため，水に溶けたアンモニウムイオンや硝酸イオンとして根から吸収し，タンパク質や核酸などを合成するための窒素源として利用している。自然界では根粒菌が，大気中の窒素を窒素化合物へ変換(窒素固定)している。
一方，工業的に窒素を固定する方法として，窒素と水素からアンモニアの合成を行う( ア )法が，またアンモニアを酸化することで硝酸を得る( イ )法がそれぞれ開発された。これらの方法の開発により，それまで農作物の肥料はチリ硝石に依存していたが，安価に人工的に生産された窒素肥料が利用されるようになり，食料の安定供給につながった。
問 本文中の( ア )，( イ )に入る適切な方法名を答えよ。
答え…
ア ハーバー・ボッシュ法
イ オストワルト法
■2013 慶應義塾大学 薬
窒素単体は二原子分子であり，沸点が－196℃である。このことを利用して液体窒素が冷却剤として汎用される。
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結晶格子に関する問題のチャート⑤(11枚の中の1枚)
溶液の濃度に関する問題のチャート①(4枚の中の1枚)
気体の製法と性質に関する問題チャート①(5枚の中の1枚)
アセタール化の計算問題のチャート③(7枚の中の1枚)
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身の回りの化学(用途・材料) 14族元素編
今日は、身の回りの化学(用途・材料) 14族元素編についてです。
センター試験は特に時間が勝負なので、あるキーワードに対していくつかの関連用語が条件反射的にイメージできるようになることが重要です。
そこで、用途や材料に関するテーマで
入試問題をデータベースソフトで徹底的に調べ上げ、「用途・材料のキーワード」に対する条件反射的に思い浮かべてほしい「物質」をまとめました。
周期表の14族に属する元素には、炭素C、ケイ素Si、ゲルマニウムGe、スズSn、鉛Pbがあります。これらはすべて典型元素ですが、C、Siは非金属元素、Ge、Sn、Pbは金属元素に分類されます。
今日は、非金属元素である炭素C、ケイ素Siに関する物質について取り上げます。
宝石、研磨剤、切削工具……ダイヤモンドC
※ダイヤモンドが研磨剤や切削工具として用いられるのは、天然の物質の中で最も硬いことから。
電極や鉛筆の芯……黒鉛C
※黒鉛が鉛筆の芯として用いられるのは、正六角形の網目状に結合した平面構造の層間は結合力が弱い分子間力によって結合し、層状にはがれやすいため。
出土品などの年代測定……質量数14の炭素の同位体
冷却材……ドライアイス(固体の二酸化炭素)CO2
半導体の材料、IC(集積回路)、太陽電池、エレクトロニクス分野の材料……高純度のケイ素Siの単体
水晶・石英・ケイ砂・陶磁器・セメントの主成分、ケイ酸塩ガラスの主成分として窓ガラスや試験管やフラスコなどの実験器具……二酸化ケイ素SiO2
※二酸化ケイ素は、融点が高く塩酸などの強酸にも侵されないので、試験管やフラスコなどの実験器具やガラスなどに用いられます。
※透明な石英を水晶とよび、砂状の石英をけい砂とよびます。
※ガラスの主成分は、二酸化ケイ素で、ソーダ石灰ガラスは普通のガラスのことで、ナトリウム(Sodium)と石灰石を含むのでソーダ石灰ガラスとよばれます。
乾燥剤、吸着剤……シリカゲル
※シリカゲルには、すきまが多く親水基のヒドロキシ基-OHをもつので、水分などを吸収(H2OやNH3と水素結合を形成)しやすいため乾燥剤、吸着剤として用いられます。
以下は、用途・材料に関して出題された問題です。
■2012 和歌山大学 教育
炭素とケイ素は，周期表の (A) 族に属する元素である。自然界に存在する炭素原子の約99％は，質量数 (B) の同位体である。それゆえ，炭素が燃えて生成する二酸化炭素の分子中に含まれる炭素の，約100個に1個は質量数 (C) の炭素の同位体である。炭素にはまた，ごく微量ながら，質量数 (A) の (D) 性同位体が存在し，出土品などの年代測定に利用されている。
ダイヤモンドと黒鉛は互いに炭素の (E) である。黒鉛は (F) の伝導性が良く，ダイヤモンドは (G) の伝導性が大変良い。
一酸化炭素は，工業的には，赤熱したコークスに水蒸気を送ってつくる。または，天然ガス中の (H) と水を高圧で反応させても，同様の生成物の混合したガスが得られる。このような混合ガスを適当な触媒を用いて高温高圧で反応させると (I) が得られる。
製鉄所の溶鉱炉でコークスから発生させた一酸化炭素は，鉄鉱石に含まれる酸化鉄を (J) して銑鉄を得るのに使われる。
二酸化炭素は，実験室では，炭酸カルシウムに塩酸を反応させてつくる。また，二酸化炭素は水に溶けて弱い酸性を示す。
固体状態の二酸化炭素は (K) と呼ばれている。 (K) は二酸化炭素が規則正しく配列してできた (L) であり，1.01×105Paのもとでは－78.5℃で (M) する。5.15×105Pa，－56.3℃に二酸化炭素の (N) が存在し，臨界点が73.5×105Pa，31.1℃にあるので，室温20℃で適当な圧力を加えれば， (O) 状態を見ることができる。
ケイ素は岩石や土壌を構成している成分元素として，地殻中に (P) に次いで多量に存在する。単体は，例えばケイ砂を電気炉中で (Q) し，コークスを用いて (J) してつくる。単体は (R) 結合の結晶で，電気伝導性は (S) の性質を示す。そのため，高純度の単体はICや (T) 電池などのエレクトロニクス分野の材料として広く用いられている。
問1 空欄(A)から(T)にあてはまる適切な言葉，数字，物質の名称を記入しなさい。ただし，空欄(H)は化学式も答えなさい。
答え……
問1
(A) 14 (B) 12 (C) 13
(D) 放射 (E) 同素体 (F) 電気
(G) 熱 (H) メタン，CH4 (I) メタノール
(J) 還元 (K) ドライアイス (L) 分子結晶
(M) 昇華 (N) 三重点 (O) 液体
(P) 酸素 (Q) 融解 [溶融] (R) 共有
(S) 半導体 (T) 太陽
■ 2009 長崎大学 医 教育 工 歯 水産 薬 環境科
近年，石油や石炭などの化石燃料の使用量が増大する一方，二酸化炭素の吸収源である森林の伐採などが進行している。その結果，大気中の二酸化炭素の濃度が増加し続け，地球温暖化を後押ししている。緊急の課題として，大気中の二酸化炭素の濃度を低減する方策が各方面から検討されている。
①二酸化炭素を水酸化カルシウム水溶液に通じると白色沈殿を生じる。さらに，この水溶液に二酸化炭素を通じると白色沈殿は溶解する。これらの方法により二酸化炭素を固体や水溶液として固定することができる。また，二酸化炭素は，二酸化炭素自身の温度を下げたり，ある温度以下で加圧する②固体になる。この方法により二酸化炭素の体積を約八百分の一に減少させることができる。
問1 下線部①の白色沈殿を主成分とした鉱物について，次の(か)～(そ)の中から該当するものを2つ選び，記号で答えよ。
(か) 石灰石 (き) セッコウ (く) ケイ砂 (け) 大理石
(こ) ホタル石 (さ) 赤鉄鉱 (し) ダイヤモンド (す) 黄銅鉱
(せ) 水 晶 (そ) ボーキサイト
問2 下線部②の物質に関して，次の(た)～(と)の中から正しいものを2つ選び，記号で答えよ。
(た) この物質の電気伝導性は金属の銅と同程度である。
(ち) この物質は昇華性がある。
(つ) この物質は冷却剤として用いられる。
(て) この物質はイオン結晶である。
(と) この物質は可燃性である。
答え……
問1 (か)，(け)
問2 (ち)，(つ)
■2012 東北大学 理
(Ⅰ) 周期表の14族に属する炭素とケイ素は身近にある元素である。炭素の単体は，天然にダイヤモンドや黒鉛の形で存在する。一方，ケイ素の単体は天然には存在せず，二酸化ケイ素を還元して作られる。高純度のケイ素の結晶は，電気をわずかに通すため， ア として太陽電池や電子部品の材料に利用されている。
炭素とケイ素の酸化物も身近に使われている。固体の二酸化炭素は，気圧1.013×105Paのもとで－78.5℃で イ して気体になる性質を利用して，冷却剤として利用されている。二酸化ケイ素は，ケイ酸塩ガラスの主成分として窓ガラスやびんなどに利用されている。二酸化ケイ素を水酸化ナトリウムとともに加熱して得られる物質に，水を加えて加熱すると無色透明で粘性の大きな ウ が得られる。
問1 ア から ウ に入る適切な語句を書け。
問2 炭素とケイ素はいずれも14族に属するが，その酸化物の性質は大きく異なる。二酸化炭素は常温で気体であるのに対し，石英の融点は高く，常温では固体である。石英の融点が高い理由を20字以内で述べよ。
答え……
問1
ア 半導体
イ 昇華
ウ 水ガラス
問2 共有結合でつながった結晶だから。
■2009 北見工業大学 工
炭素の単体には，原子間を結びつける力の種類や原子の並び方の違いによって異なる性質を示す ア が存在する。たとえば，ダイヤモンドは1個の炭素原子に4個の炭素原子が イ 面体状に結合し，次々に連なった結晶である。多数の炭素原子が ウ 結合だけで結びついているため，融点が非常に高い。立方体の単位格子に含まれる原子の数は8個である。また，黒鉛は炭素原子の4個の価電子のうち エ 個が他の炭素原子と ウ 結合し，正六角形の網の目からなる層をつくる。したがって，1つの炭素原子に最も近い炭素原子は エ 個である。この層と層の間には弱い オ 力が働いているため，黒鉛は軟らかく，薄片にはがれる。
問１ 文中の空欄 ア ～ オ にあてはまる適当な語句あるいは数値を入れなさい。
問２ 以下の文章(ｱ)～(ｵ)の中で，ダイヤモンド(A)と黒鉛(B)の用途として最も適当なものをそれぞれ一つ選びなさい。
(ｱ) 宝石や切削工具に用いられる。
(ｲ) コンピュータの集積回路部品や太陽電池に用いられる。
(ｳ) 電極や鉛筆の芯に用いられる。
(ｴ) 時計の発信器に用いられる。
(ｵ) 粉末は歯磨き粉や顔料，チョークに用いられる。
答え……
問１
ア 同素体
イ 正四
ウ 共有 エ 3
オ 分子間
問２
(A) (ｱ)
(B) (ｳ)
■2013 岡山大学 教育 理 医 歯 薬 工 環境理工 農
ケイ砂の粉末を炭酸ナトリウムと共に加熱融解すると，ケイ酸ナトリウムが得られ，これに酸を加えると，ケイ酸が水を大量に含んだ白色のゲルを生じる。これを脱水・乾燥させたものがシリカゲルであり，水蒸気をよく吸着するため，乾燥剤として用いられる。
問 シリカゲルが水蒸気をよく吸着する理由を述べよ。
答え……
多孔質で表面積が大きく，表面に親水性のヒドロキシ基をもつため。
■2009 早稲田大学 教育
周期表の同じ族に属する元素を同族元素という。アルカリ金属，アルカリ土類金属などがその例である。同じ元素からなる単体で性質の異なる物質どうしを互いに同素体という。また，同じ元素で質量数の異なる原子どうしを互いに同位体という。同位体には原子核が不安定で放射線を出して壊れていくものもある。それを放射性同位体という。
問 炭素の同位体には放射性をもつものがあり，年代測定に用いられる。この放射性同位体の中性子数を書け。
答え……
8
■2012 立教大学 理
1．次の記述のうち，その内容が正しいものはどれか。
a．ケイ素は地殻中に最も多く含まれる元素である。
b．ケイ素は炭素と同族であるが，ケイ素の単体の結晶はダイヤモンドと異なる構造をしている。
c．二酸化ケイ素の結晶は，軟らかく融点が低い。
d．二酸化ケイ素は，半導体として用いられる。
e．乾燥剤として知られるシリカゲルはケイ酸を加熱脱水したものからつくられる。
答え……
1．e
■2012 日本大学 医
問 ケイ素とその化合物について次の文で誤りを含むのは?
① ケイ素は二酸化ケイ素やケイ酸塩として岩石や土壌を構成し，地殻中で酸素の次に多く存在する元素である。
② 二酸化ケイ素の結晶は共有結合の結晶で，無色透明である。
③ 水晶，石英，ケイ砂の主成分は，二酸化ケイ素である。
④ 水ガラスは二酸化ケイ素に水を加えて加熱したもので，粘性の高い透明な液体である。
⑤ 陶磁器やセメントなどのセラミックスは，ケイ酸塩を主成分とする粘土を高熱処理して作られる。
⑥ ケイ素の単体は自然界に存在しないが，ケイ砂を電気炉中で溶融し，炭素(コークス)を用いて還元すると得られる。
答え……
④
■2012 東京理科大学 基礎工
炭素の単体の固体の中でもっとも硬いものは (ｱ) であり， (ｱ) は1個の原子を中心に (a) 個の原子を (ｲ) の頂点に配し，さらにその頂点の原子を中心として (a) 個の原子を頂点に配した (ｲ) ができるように次々と原子が結合した結晶である。ケイ素の単体の固体にも同じ構造が見られる。両者は共に (ｳ) で原子同士が結合しているため，結合が極めて強くとても硬い。
炭素と酸素の化合物としては二酸化炭素がある。実験でよく用いる冷却剤には水，氷，ドライアイス，液体窒素などがあるが，これらのうち二酸化炭素の固体は (ｴ) で，5.11atmでの融点は－56.6℃である。常圧ではさらに低い温度で固体から直接気体に (ｵ) することが知られている。二酸化炭素分子では炭素原子と酸素原子が (ｶ) により強く結合している。この分子は極性の観点から (ｷ) 分子である。二酸化炭素の固体では分子が分子間力で引き合い，規則正しく配列する。このような固体を (ｸ) と呼ぶ。
ケイ素と酸素の化合物として知られる二酸化ケイ素の結晶は，ケイ素原子を中心として (b) 個の酸素原子を頂点とする (ｹ) が連なってできる三次元網目構造をもつ。この固体の組成式はSiO2と表され，1個のケイ素原子は (c) 個の酸素原子と結合し，酸素原子は (d) 個のケイ素原子と結合している。二酸化ケイ素を水酸化ナトリウムとともに加熱するとNa2SiO3の組成式をもつケイ酸ナトリウムを生じる。ケイ酸ナトリウムに水を加えて加熱すると (ｺ) と呼ばれる粘性の大きな透明な液体が得られる。これに塩酸を加えるとケイ酸の白色のゲル状沈殿が生じる。さらに加熱して (ｻ) すると (ｼ) が得られる。 (ｼ) は乾燥剤に用いられる。
(1) 文章中の (ｱ) ～ (ｼ) にあてはまる語句として最も適切なものを解答群より選び，その番号を解答用マークシートの指定された欄にマークしなさい。ただし，同じ番号を複数回選んでもよいものとする。
解答群
01 グラファイト 02 ダイヤモンド 03 フラーレン
04 正四面体 05 正六面体 06 正八面体
07 金属結合 08 イオン結合 09 共有結合
10 水 11 氷 12 ドライアイス
13 液体窒素 14 液体空気 15 蒸 発 16 凝 集
17 液 化 18 昇 華 19 極 性 20 無極性
21 イオン結晶 22 分子結晶 23 金属結晶 24 共有結合の結晶
25 石英ガラス 26 水ガラス 27 ケイ砂 28 シリカゲル
29 酸 化 30 還 元 31 加水分解 32 電気分解 33 脱 水
(2) 文章中の (a) ～ (d) にあてはまる適切な数字を解答用マークシートの指定された欄にマークしなさい。
答え……
(1)
(ｱ) 02 (ｲ) 04 (ｳ) 09 (ｴ) 12 (ｵ) 18 (ｶ) 09
(ｷ) 20 (ｸ) 22 (ｹ) 04 (ｺ) 26 (ｻ) 33 (ｼ) 28
(2)
(a) 4 (b) 4 (c) 4 (d) 2
(3)
(ｽ) 1 (ｾ) 3 (ｿ) ＋ (ﾀ) 2
(ﾁ) 3 (ﾂ) 0 (ﾃ) ＋ (ﾄ) 1
■2012 和歌山大学 教育 一部改
ケイ素は岩石や土壌を構成している成分元素として、地殻中に (P) に次いで多量に存在する。単体は、例えばケイ砂を電気炉中で (Q) し、コークスを用いて還元してつくる。単体は (R) 結合の結晶で、電気伝導性は (S) の性質を示す。そのため、高純度の単体はICや (T) 電池などのエレクトロニクス分野の材料として広く用いられている。
問1 空欄(P)から(T)にあてはまる適切な言葉、数字、物質の名称を記入しなさい。
答え……
問1
(P) 酸素
(Q) 融解 [溶融]
(R) 共有
(S) 半導体
(T) 太陽
■ 2012 和歌山大学 教育 一部改
炭素とケイ素は、周期表の (A) 族に属する元素である。自然界に存在する炭素原子の約99％は、質量数 (B) の同位体である。それゆえ、炭素が燃えて生成する二酸化炭素の分子中に含まれる炭素の、約100個に1個は質量数 (C) の炭素の同位体である。炭素にはまた、ごく微量ながら、質量数 (A) の (D) 性同位体が存在し、出土品などの年代測定に利用されている。
問1 空欄(A)から(D)にあてはまる適切な言葉、数字を記入しなさい。
答え……
問1
(A) 14
(B) 12
(C) 13
(D) 放射
■ 2013 大阪医科大学 一般 看護
高純度のケイ素の単体が原料として利用される例として正しいものはどれか。次のa～eのうちから一つ選びなさい。
a 染料 b 防腐剤 c 半導体 d 合成樹脂 e 建築材料
答え……
c 半導体
ケイ砂などからつくられるものの代表的な例として正しいものはどれか。次のa～eのうちから一つ選びなさい。
a 燃料 b 冷却材 c ジュラルミン d 合成洗剤 e ガラス
答え……
e ガラス
■2010 同志社大学 生命医科 文化情報
シリカゲルが吸着剤として利用される理由を、構造に着目して説明せよ。
答え…
シリカゲルは多孔質なので表面積が大きく、多くのヒドロキシ基を有しているので、水分や他の気体を吸着する力が強いため。
■ 2012 法政大学 デザイン工 理工 生命科
窓ガラスやガラス瓶などに用いられる普通のガラスはソーダ石灰ガラスと呼ばれ、ケイ砂と (ｱ) 、石灰を混合して融解したものである。ケイ砂の主成分は (ｲ) で、ソーダ石灰ガラスはSiとOとがつくる (A) 構造中に主に (a) イオンや (b) イオンが入った (B) の固体である。そのためソーダ石灰ガラスを粉末にして水に加えると、弱い (C) 性を示す。
ケイ砂とホウ砂を原料としてつくられる (D) ガラスは、ソーダ石灰ガラスよりかたく耐熱性と耐薬品に優れているので、試験管などの理化学器具に用いられている。さらに高純度の (ｲ) を高温で融解してつくられる (E) ガラスは光ファイバーの材料として用いられている。
また、ケイ砂をNaOHと高温で融解して得られる生成物に水を加えて熱すると水ガラスになる。これに (ｳ) を加えると半透明のコロイド状物質が生成し、さらに熱して脱水すると乾燥剤などに用いられるシリカゲルができる。
1．(ｱ)、(ｲ)には適切な化合物名、(ｳ)および(A)～(E)には適切な語句をそれぞれ記せ。また、(a)と(b)には適切なイオンをイオン式で、(a)には一価のイオン、(b)には二価のイオンを記せ。
答え…
1．
(ｱ) 炭酸ナトリウム
(ｲ) 二酸化ケイ素
(ｳ) 塩酸
(A) 正四面体
(B) 非晶質 [アモルファス]
(C) 塩基
(D) ホウケイ酸
(E) 石英
(a) Na＋
(b) Ca2＋
■2009 立命館大学 薬 理工
次の文章は表の中の元素について述べたものである。どの元素について述べたものか。
原子は価電子4個をもち、単体は共有結合の結晶を形成し、金属光沢がある。高純度の単体は半導体材料などに利用されている。地殻中に酸素に次いで多く存在する元素である。
答え…
Si
■ 2013 東京大学 教養
酸素の同素体であるオゾンは，成層圏で太陽からの紫外線を吸収し，地球表層の生物を紫外線の有害な作用から保護している。生物や化石燃料の主要構成元素である炭素の同位体のうち，質量数 a の同位体は，半減期(半分が放射壊変して別の同位体に変化するのに要する時間)が5730年の放射性同位体で，考古学試料などの年代測定に用いられている。大気中の二酸化炭素に含まれる放射性炭素の比率はほぼ一定であるが，④地球に到達する宇宙線強度の変化，化石燃料の使用，1945年以降の核実験の影響などによって変動してきた。窒素は空気の約8割を占め，アミノ酸をはじめとする多くの生体物質に含まれており，生命活動を支える重要な元素の1つである。
〔問〕
a にあてはまる数値を記せ。
答え…
14
■2012 大阪教育大学 教育１部
ダイヤモンドと黒鉛は、共に多数の炭素原子が共有結合によって結びついた結晶である。ダイヤモンドの結晶は無色で非常に硬く、宝石や研磨剤などに利用されている。一方、黒鉛は光沢のある灰黒色の結晶で、軟らかく電気をよく伝えるため、鉛筆の芯や電極などに使用されている。
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センター試験は特に時間が勝負なので、あるキーワードに対していくつかの関連用語が条件反射的にイメージできるようになることが重要です。
そこで、用途や材料に関するテーマで
入試問題をデータベースソフトで徹底的に調べ上げ、「用途・材料のキーワード」に対する条件反射的に思い浮かべてほしい「物質」をまとめました。
周期表の14族に属する元素には、炭素C、ケイ素Si、ゲルマニウムGe、スズSn、鉛Pbがあります。これらはすべて典型元素ですが、C、Siは非金属元素、Ge、Sn、Pbは金属元素に分類されます。
今日は、非金属元素である炭素C、ケイ素Siに関する物質について取り上げます。
宝石、研磨剤、切削工具……ダイヤモンドC
※ダイヤモンドが研磨剤や切削工具として用いられるのは、天然の物質の中で最も硬いことから。
電極や鉛筆の芯……黒鉛C
※黒鉛が鉛筆の芯として用いられるのは、正六角形の網目状に結合した平面構造の層間は結合力が弱い分子間力によって結合し、層状にはがれやすいため。
出土品などの年代測定……質量数14の炭素の同位体
冷却材……ドライアイス(固体の二酸化炭素)CO2
半導体の材料、IC(集積回路)、太陽電池、エレクトロニクス分野の材料……高純度のケイ素Siの単体
水晶・石英・ケイ砂・陶磁器・セメントの主成分、ケイ酸塩ガラスの主成分として窓ガラスや試験管やフラスコなどの実験器具……二酸化ケイ素SiO2
※二酸化ケイ素は、融点が高く塩酸などの強酸にも侵されないので、試験管やフラスコなどの実験器具やガラスなどに用いられます。
※透明な石英を水晶とよび、砂状の石英をけい砂とよびます。
※ガラスの主成分は、二酸化ケイ素で、ソーダ石灰ガラスは普通のガラスのことで、ナトリウム(Sodium)と石灰石を含むのでソーダ石灰ガラスとよばれます。
乾燥剤、吸着剤……シリカゲル
※シリカゲルには、すきまが多く親水基のヒドロキシ基-OHをもつので、水分などを吸収(H2OやNH3と水素結合を形成)しやすいため乾燥剤、吸着剤として用いられます。
以下は、用途・材料に関して出題された問題です。
■2012 和歌山大学 教育
炭素とケイ素は，周期表の (A) 族に属する元素である。自然界に存在する炭素原子の約99％は，質量数 (B) の同位体である。それゆえ，炭素が燃えて生成する二酸化炭素の分子中に含まれる炭素の，約100個に1個は質量数 (C) の炭素の同位体である。炭素にはまた，ごく微量ながら，質量数 (A) の (D) 性同位体が存在し，出土品などの年代測定に利用されている。
ダイヤモンドと黒鉛は互いに炭素の (E) である。黒鉛は (F) の伝導性が良く，ダイヤモンドは (G) の伝導性が大変良い。
一酸化炭素は，工業的には，赤熱したコークスに水蒸気を送ってつくる。または，天然ガス中の (H) と水を高圧で反応させても，同様の生成物の混合したガスが得られる。このような混合ガスを適当な触媒を用いて高温高圧で反応させると (I) が得られる。
製鉄所の溶鉱炉でコークスから発生させた一酸化炭素は，鉄鉱石に含まれる酸化鉄を (J) して銑鉄を得るのに使われる。
二酸化炭素は，実験室では，炭酸カルシウムに塩酸を反応させてつくる。また，二酸化炭素は水に溶けて弱い酸性を示す。
固体状態の二酸化炭素は (K) と呼ばれている。 (K) は二酸化炭素が規則正しく配列してできた (L) であり，1.01×105Paのもとでは－78.5℃で (M) する。5.15×105Pa，－56.3℃に二酸化炭素の (N) が存在し，臨界点が73.5×105Pa，31.1℃にあるので，室温20℃で適当な圧力を加えれば， (O) 状態を見ることができる。
ケイ素は岩石や土壌を構成している成分元素として，地殻中に (P) に次いで多量に存在する。単体は，例えばケイ砂を電気炉中で (Q) し，コークスを用いて (J) してつくる。単体は (R) 結合の結晶で，電気伝導性は (S) の性質を示す。そのため，高純度の単体はICや (T) 電池などのエレクトロニクス分野の材料として広く用いられている。
問1 空欄(A)から(T)にあてはまる適切な言葉，数字，物質の名称を記入しなさい。ただし，空欄(H)は化学式も答えなさい。
答え……
問1
(A) 14 (B) 12 (C) 13
(D) 放射 (E) 同素体 (F) 電気
(G) 熱 (H) メタン，CH4 (I) メタノール
(J) 還元 (K) ドライアイス (L) 分子結晶
(M) 昇華 (N) 三重点 (O) 液体
(P) 酸素 (Q) 融解 [溶融] (R) 共有
(S) 半導体 (T) 太陽
■ 2009 長崎大学 医 教育 工 歯 水産 薬 環境科
近年，石油や石炭などの化石燃料の使用量が増大する一方，二酸化炭素の吸収源である森林の伐採などが進行している。その結果，大気中の二酸化炭素の濃度が増加し続け，地球温暖化を後押ししている。緊急の課題として，大気中の二酸化炭素の濃度を低減する方策が各方面から検討されている。
①二酸化炭素を水酸化カルシウム水溶液に通じると白色沈殿を生じる。さらに，この水溶液に二酸化炭素を通じると白色沈殿は溶解する。これらの方法により二酸化炭素を固体や水溶液として固定することができる。また，二酸化炭素は，二酸化炭素自身の温度を下げたり，ある温度以下で加圧する②固体になる。この方法により二酸化炭素の体積を約八百分の一に減少させることができる。
問1 下線部①の白色沈殿を主成分とした鉱物について，次の(か)～(そ)の中から該当するものを2つ選び，記号で答えよ。
(か) 石灰石 (き) セッコウ (く) ケイ砂 (け) 大理石
(こ) ホタル石 (さ) 赤鉄鉱 (し) ダイヤモンド (す) 黄銅鉱
(せ) 水 晶 (そ) ボーキサイト
問2 下線部②の物質に関して，次の(た)～(と)の中から正しいものを2つ選び，記号で答えよ。
(た) この物質の電気伝導性は金属の銅と同程度である。
(ち) この物質は昇華性がある。
(つ) この物質は冷却剤として用いられる。
(て) この物質はイオン結晶である。
(と) この物質は可燃性である。
答え……
問1 (か)，(け)
問2 (ち)，(つ)
■2012 東北大学 理
(Ⅰ) 周期表の14族に属する炭素とケイ素は身近にある元素である。炭素の単体は，天然にダイヤモンドや黒鉛の形で存在する。一方，ケイ素の単体は天然には存在せず，二酸化ケイ素を還元して作られる。高純度のケイ素の結晶は，電気をわずかに通すため， ア として太陽電池や電子部品の材料に利用されている。
炭素とケイ素の酸化物も身近に使われている。固体の二酸化炭素は，気圧1.013×105Paのもとで－78.5℃で イ して気体になる性質を利用して，冷却剤として利用されている。二酸化ケイ素は，ケイ酸塩ガラスの主成分として窓ガラスやびんなどに利用されている。二酸化ケイ素を水酸化ナトリウムとともに加熱して得られる物質に，水を加えて加熱すると無色透明で粘性の大きな ウ が得られる。
問1 ア から ウ に入る適切な語句を書け。
問2 炭素とケイ素はいずれも14族に属するが，その酸化物の性質は大きく異なる。二酸化炭素は常温で気体であるのに対し，石英の融点は高く，常温では固体である。石英の融点が高い理由を20字以内で述べよ。
答え……
問1
ア 半導体
イ 昇華
ウ 水ガラス
問2 共有結合でつながった結晶だから。
■2009 北見工業大学 工
炭素の単体には，原子間を結びつける力の種類や原子の並び方の違いによって異なる性質を示す ア が存在する。たとえば，ダイヤモンドは1個の炭素原子に4個の炭素原子が イ 面体状に結合し，次々に連なった結晶である。多数の炭素原子が ウ 結合だけで結びついているため，融点が非常に高い。立方体の単位格子に含まれる原子の数は8個である。また，黒鉛は炭素原子の4個の価電子のうち エ 個が他の炭素原子と ウ 結合し，正六角形の網の目からなる層をつくる。したがって，1つの炭素原子に最も近い炭素原子は エ 個である。この層と層の間には弱い オ 力が働いているため，黒鉛は軟らかく，薄片にはがれる。
問１ 文中の空欄 ア ～ オ にあてはまる適当な語句あるいは数値を入れなさい。
問２ 以下の文章(ｱ)～(ｵ)の中で，ダイヤモンド(A)と黒鉛(B)の用途として最も適当なものをそれぞれ一つ選びなさい。
(ｱ) 宝石や切削工具に用いられる。
(ｲ) コンピュータの集積回路部品や太陽電池に用いられる。
(ｳ) 電極や鉛筆の芯に用いられる。
(ｴ) 時計の発信器に用いられる。
(ｵ) 粉末は歯磨き粉や顔料，チョークに用いられる。
答え……
問１
ア 同素体
イ 正四
ウ 共有 エ 3
オ 分子間
問２
(A) (ｱ)
(B) (ｳ)
■2013 岡山大学 教育 理 医 歯 薬 工 環境理工 農
ケイ砂の粉末を炭酸ナトリウムと共に加熱融解すると，ケイ酸ナトリウムが得られ，これに酸を加えると，ケイ酸が水を大量に含んだ白色のゲルを生じる。これを脱水・乾燥させたものがシリカゲルであり，水蒸気をよく吸着するため，乾燥剤として用いられる。
問 シリカゲルが水蒸気をよく吸着する理由を述べよ。
答え……
多孔質で表面積が大きく，表面に親水性のヒドロキシ基をもつため。
■2009 早稲田大学 教育
周期表の同じ族に属する元素を同族元素という。アルカリ金属，アルカリ土類金属などがその例である。同じ元素からなる単体で性質の異なる物質どうしを互いに同素体という。また，同じ元素で質量数の異なる原子どうしを互いに同位体という。同位体には原子核が不安定で放射線を出して壊れていくものもある。それを放射性同位体という。
問 炭素の同位体には放射性をもつものがあり，年代測定に用いられる。この放射性同位体の中性子数を書け。
答え……
8
■2012 立教大学 理
1．次の記述のうち，その内容が正しいものはどれか。
a．ケイ素は地殻中に最も多く含まれる元素である。
b．ケイ素は炭素と同族であるが，ケイ素の単体の結晶はダイヤモンドと異なる構造をしている。
c．二酸化ケイ素の結晶は，軟らかく融点が低い。
d．二酸化ケイ素は，半導体として用いられる。
e．乾燥剤として知られるシリカゲルはケイ酸を加熱脱水したものからつくられる。
答え……
1．e
■2012 日本大学 医
問 ケイ素とその化合物について次の文で誤りを含むのは?
① ケイ素は二酸化ケイ素やケイ酸塩として岩石や土壌を構成し，地殻中で酸素の次に多く存在する元素である。
② 二酸化ケイ素の結晶は共有結合の結晶で，無色透明である。
③ 水晶，石英，ケイ砂の主成分は，二酸化ケイ素である。
④ 水ガラスは二酸化ケイ素に水を加えて加熱したもので，粘性の高い透明な液体である。
⑤ 陶磁器やセメントなどのセラミックスは，ケイ酸塩を主成分とする粘土を高熱処理して作られる。
⑥ ケイ素の単体は自然界に存在しないが，ケイ砂を電気炉中で溶融し，炭素(コークス)を用いて還元すると得られる。
答え……
④
■2012 東京理科大学 基礎工
炭素の単体の固体の中でもっとも硬いものは (ｱ) であり， (ｱ) は1個の原子を中心に (a) 個の原子を (ｲ) の頂点に配し，さらにその頂点の原子を中心として (a) 個の原子を頂点に配した (ｲ) ができるように次々と原子が結合した結晶である。ケイ素の単体の固体にも同じ構造が見られる。両者は共に (ｳ) で原子同士が結合しているため，結合が極めて強くとても硬い。
炭素と酸素の化合物としては二酸化炭素がある。実験でよく用いる冷却剤には水，氷，ドライアイス，液体窒素などがあるが，これらのうち二酸化炭素の固体は (ｴ) で，5.11atmでの融点は－56.6℃である。常圧ではさらに低い温度で固体から直接気体に (ｵ) することが知られている。二酸化炭素分子では炭素原子と酸素原子が (ｶ) により強く結合している。この分子は極性の観点から (ｷ) 分子である。二酸化炭素の固体では分子が分子間力で引き合い，規則正しく配列する。このような固体を (ｸ) と呼ぶ。
ケイ素と酸素の化合物として知られる二酸化ケイ素の結晶は，ケイ素原子を中心として (b) 個の酸素原子を頂点とする (ｹ) が連なってできる三次元網目構造をもつ。この固体の組成式はSiO2と表され，1個のケイ素原子は (c) 個の酸素原子と結合し，酸素原子は (d) 個のケイ素原子と結合している。二酸化ケイ素を水酸化ナトリウムとともに加熱するとNa2SiO3の組成式をもつケイ酸ナトリウムを生じる。ケイ酸ナトリウムに水を加えて加熱すると (ｺ) と呼ばれる粘性の大きな透明な液体が得られる。これに塩酸を加えるとケイ酸の白色のゲル状沈殿が生じる。さらに加熱して (ｻ) すると (ｼ) が得られる。 (ｼ) は乾燥剤に用いられる。
(1) 文章中の (ｱ) ～ (ｼ) にあてはまる語句として最も適切なものを解答群より選び，その番号を解答用マークシートの指定された欄にマークしなさい。ただし，同じ番号を複数回選んでもよいものとする。
解答群
01 グラファイト 02 ダイヤモンド 03 フラーレン
04 正四面体 05 正六面体 06 正八面体
07 金属結合 08 イオン結合 09 共有結合
10 水 11 氷 12 ドライアイス
13 液体窒素 14 液体空気 15 蒸 発 16 凝 集
17 液 化 18 昇 華 19 極 性 20 無極性
21 イオン結晶 22 分子結晶 23 金属結晶 24 共有結合の結晶
25 石英ガラス 26 水ガラス 27 ケイ砂 28 シリカゲル
29 酸 化 30 還 元 31 加水分解 32 電気分解 33 脱 水
(2) 文章中の (a) ～ (d) にあてはまる適切な数字を解答用マークシートの指定された欄にマークしなさい。
答え……
(1)
(ｱ) 02 (ｲ) 04 (ｳ) 09 (ｴ) 12 (ｵ) 18 (ｶ) 09
(ｷ) 20 (ｸ) 22 (ｹ) 04 (ｺ) 26 (ｻ) 33 (ｼ) 28
(2)
(a) 4 (b) 4 (c) 4 (d) 2
(3)
(ｽ) 1 (ｾ) 3 (ｿ) ＋ (ﾀ) 2
(ﾁ) 3 (ﾂ) 0 (ﾃ) ＋ (ﾄ) 1
■2012 和歌山大学 教育 一部改
ケイ素は岩石や土壌を構成している成分元素として、地殻中に (P) に次いで多量に存在する。単体は、例えばケイ砂を電気炉中で (Q) し、コークスを用いて還元してつくる。単体は (R) 結合の結晶で、電気伝導性は (S) の性質を示す。そのため、高純度の単体はICや (T) 電池などのエレクトロニクス分野の材料として広く用いられている。
問1 空欄(P)から(T)にあてはまる適切な言葉、数字、物質の名称を記入しなさい。
答え……
問1
(P) 酸素
(Q) 融解 [溶融]
(R) 共有
(S) 半導体
(T) 太陽
■ 2012 和歌山大学 教育 一部改
炭素とケイ素は、周期表の (A) 族に属する元素である。自然界に存在する炭素原子の約99％は、質量数 (B) の同位体である。それゆえ、炭素が燃えて生成する二酸化炭素の分子中に含まれる炭素の、約100個に1個は質量数 (C) の炭素の同位体である。炭素にはまた、ごく微量ながら、質量数 (A) の (D) 性同位体が存在し、出土品などの年代測定に利用されている。
問1 空欄(A)から(D)にあてはまる適切な言葉、数字を記入しなさい。
答え……
問1
(A) 14
(B) 12
(C) 13
(D) 放射
■ 2013 大阪医科大学 一般 看護
高純度のケイ素の単体が原料として利用される例として正しいものはどれか。次のa～eのうちから一つ選びなさい。
a 染料 b 防腐剤 c 半導体 d 合成樹脂 e 建築材料
答え……
c 半導体
ケイ砂などからつくられるものの代表的な例として正しいものはどれか。次のa～eのうちから一つ選びなさい。
a 燃料 b 冷却材 c ジュラルミン d 合成洗剤 e ガラス
答え……
e ガラス
■2010 同志社大学 生命医科 文化情報
シリカゲルが吸着剤として利用される理由を、構造に着目して説明せよ。
答え…
シリカゲルは多孔質なので表面積が大きく、多くのヒドロキシ基を有しているので、水分や他の気体を吸着する力が強いため。
■ 2012 法政大学 デザイン工 理工 生命科
窓ガラスやガラス瓶などに用いられる普通のガラスはソーダ石灰ガラスと呼ばれ、ケイ砂と (ｱ) 、石灰を混合して融解したものである。ケイ砂の主成分は (ｲ) で、ソーダ石灰ガラスはSiとOとがつくる (A) 構造中に主に (a) イオンや (b) イオンが入った (B) の固体である。そのためソーダ石灰ガラスを粉末にして水に加えると、弱い (C) 性を示す。
ケイ砂とホウ砂を原料としてつくられる (D) ガラスは、ソーダ石灰ガラスよりかたく耐熱性と耐薬品に優れているので、試験管などの理化学器具に用いられている。さらに高純度の (ｲ) を高温で融解してつくられる (E) ガラスは光ファイバーの材料として用いられている。
また、ケイ砂をNaOHと高温で融解して得られる生成物に水を加えて熱すると水ガラスになる。これに (ｳ) を加えると半透明のコロイド状物質が生成し、さらに熱して脱水すると乾燥剤などに用いられるシリカゲルができる。
1．(ｱ)、(ｲ)には適切な化合物名、(ｳ)および(A)～(E)には適切な語句をそれぞれ記せ。また、(a)と(b)には適切なイオンをイオン式で、(a)には一価のイオン、(b)には二価のイオンを記せ。
答え…
1．
(ｱ) 炭酸ナトリウム
(ｲ) 二酸化ケイ素
(ｳ) 塩酸
(A) 正四面体
(B) 非晶質 [アモルファス]
(C) 塩基
(D) ホウケイ酸
(E) 石英
(a) Na＋
(b) Ca2＋
■2009 立命館大学 薬 理工
次の文章は表の中の元素について述べたものである。どの元素について述べたものか。
原子は価電子4個をもち、単体は共有結合の結晶を形成し、金属光沢がある。高純度の単体は半導体材料などに利用されている。地殻中に酸素に次いで多く存在する元素である。
答え…
Si
■ 2013 東京大学 教養
酸素の同素体であるオゾンは，成層圏で太陽からの紫外線を吸収し，地球表層の生物を紫外線の有害な作用から保護している。生物や化石燃料の主要構成元素である炭素の同位体のうち，質量数 a の同位体は，半減期(半分が放射壊変して別の同位体に変化するのに要する時間)が5730年の放射性同位体で，考古学試料などの年代測定に用いられている。大気中の二酸化炭素に含まれる放射性炭素の比率はほぼ一定であるが，④地球に到達する宇宙線強度の変化，化石燃料の使用，1945年以降の核実験の影響などによって変動してきた。窒素は空気の約8割を占め，アミノ酸をはじめとする多くの生体物質に含まれており，生命活動を支える重要な元素の1つである。
〔問〕
a にあてはまる数値を記せ。
答え…
14
■2012 大阪教育大学 教育１部
ダイヤモンドと黒鉛は、共に多数の炭素原子が共有結合によって結びついた結晶である。ダイヤモンドの結晶は無色で非常に硬く、宝石や研磨剤などに利用されている。一方、黒鉛は光沢のある灰黒色の結晶で、軟らかく電気をよく伝えるため、鉛筆の芯や電極などに使用されている。
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