身の回りの化学(用途・材料) 2族元素編
今日は、身の回りの化学(用途・材料) 2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。
２族に属する元素には、ベリリウムBe、マグネシウムMg、カルシウムCa、ストロンチウムSr、バリウムBa、ラジウムRaがあります。
２族元素のうち,Be、MgとCa、Sr、Ba、Raは,多くの点で性質が異なるため、Ca、Sr、Ba、Raをアルカリ土類金属元素とよびBe、Mgと区別しています。
航空機、自動車、スポーツ用具、ノートパソコンなどの軽量な合金の材料……マグネシウムMg
にがりの主成分……塩化マグネシウムMgCl2
※にがりとは、海水からとれる塩化マグネシウムを主成分とする食品添加物。豆乳を豆腐に変える凝固剤として使用されます。
紅色の花火……ストロンチウムSr
凍結防止剤・融雪剤、乾燥剤……塩化カルシウムCaCl2
※凍結防止剤は路面の凍結を防止するために散布する剤のことで、他に塩化マグネシウム、塩化ナトリウムなどがあります。
凍結を防止する主な理由は、塩化カルシウムが水に溶けることで凝固点効果が起こり、融点が低下するためです。
セッコウ、建築材、医療用ギプス……硫酸カルシウムニ水和物CaSO4・2H2O、カルシウムの硫酸塩
白色顔料、X線の造影剤……硫酸バリウムBaSO4
※硫酸バリウムがX線撮影の造影剤に使われるのは、安定で胃液によっても溶解せず、X線をよく遮蔽することから。
「バリウムを飲む」と言われますが、バリウムBaは冷水と反応して、水素を発生するので飲むと危険です。実際に、病院で飲むのはバリウムではなくて硫酸バリウムです！
殺菌剤、漂白剤……さらし粉CaCl(ClO）・H2O
※水酸化カルシウムが塩素を吸収するとさらし粉が生成します。
石灰石・大理石・卵の殻・貝殻・真珠・珊瑚の主成分、チョーク・セメント・ガラスの原料、、グランド用ラインパウダー……炭酸カルシウムCaCO3
※昔はグランド用ラインパウダーには、水酸化カルシウム(消石灰)が使われていましたが、水に溶けると強い塩基性を示し、目に入ると危険だったり触れると手がかぶれるなどの可能性があるため、現在ではあまり使われなくなりました。
酒や駅弁を温めるための発熱剤、乾燥剤……酸化カルシウムCaO
※発熱剤となるのは、水と反応して水酸化カルシウムとなる際に多量の熱を発するため。
漆喰などの建築材料、酸性土壌の改良剤……水酸化カルシウムCa(OH)2
※水酸化カルシウムは消石灰ともよばれ、飽和水溶液は石灰水とよばれます。
漆喰とは、水酸化カルシウムを主成分とする建材。漆喰は水酸化カルシウムが空気中の二酸化炭素を吸収して炭酸カルシウムとなって固まる性質を利用しています。
以下は、用途・材料に関して出題された問題です。
■2009 同志社大学 生命医科 理工 スポーツ健康科 心理 文化情報
2族元素は最外殻に2個の価電子をもつ典型元素である。ベリリウム以外の元素の単体は、水と反応して水酸化物を生じる。
カルシウムの水酸化物は消石灰と呼ばれ、水に少し溶解し、水溶液は強い塩基性を示す。この水酸化カルシウムは土壌中和剤や、さらし粉の製造、建築材料(しっくい)の原料など幅広い用途がある。水酸化カルシウムの飽和水溶液は石灰水と呼ばれ、希硫酸と反応させると、化合物Aが生じる。また、石灰水に二酸化炭素を吹き込むと、化合物Bの白色沈殿が生じる。
さらに二酸化炭素を吹き込むと、化合物Cとなる。この化合物Cは水に溶解する。石灰岩の分布する地帯では、石灰岩の主成分である化合物Bが二酸化炭素を含む雨水と反応し、化合物Cとなって地中に浸透し、さらに地中で二酸化炭素を放出して再び化合物Bとなる。これらの反応が長年にわたって繰り返され、鍾乳洞などの特有の地形が形成される。
バリウムの水酸化物は、水に少し溶解して強い塩基性を示す。この水溶液を希硫酸と反応させると、化合物Dが生じる。また水酸化バリウムを強熱すると酸化バリウムになる。酸化バリウムは塩化ナトリウムと同じ結晶構造をもち、陽イオンと陰イオン間の距離も塩化ナトリウムのそれとほぼ同一である。
問題
下の(a)～(f)の文は、化合物AおよびDについて述べたものである。AとD両方に当てはまる場合は○を、片方に当てはまる場合は該当する記号(AまたはD)を、両方とも当てはまらない場合は×を、それぞれの解答欄に記せ。
(a) 水への溶解度は、硫酸マグネシウムに比べて小さい。
(b) 白色の化合物である。
(c) 医療用に調製されたものは、X線診断の造影剤として用いられる。
(d) にがりの主成分として、とうふの製造に用いられる。
(e) 水和物はセッコウと呼ばれ、医療用ギプスなどに使われる。
(f) 吸湿剤や融雪剤として用いられる。
答え…
(a) ○ (b) ○ (c) D (d) × (e) A (f) ×
■ 2012 熊本大学 理 医 薬 工
周期表の1族に属するリチウム、ナトリウム、カリウムなどの元素を ア 、2族に属するカルシウム、ストロンチウム、バリウムなどの元素を イ という。 ア のイオン半径の大きさは、同じ周期の イ よりも ウ 。また、 ア と イ は天然には単体として存在しないため、 エ によってつくられる。 ア は空気中の酸素や水と反応しやすいため、その保存は オ の中で行われる。
イ であるカルシウムの確認には、炎色反応が用いられ、 カ 色を示す。カルシウムの単体は常温で水と反応し、b)得られた水溶液は二酸化炭素と反応して白い沈殿物 キ を生じる。 キ は石灰石や大理石の主成分であり、c)二酸化炭素を含む水に溶ける。
d) キ を900℃以上に加熱することによって生じる酸化カルシウムは、乾燥剤などに用いられている。天然に存在するセッコウは硫酸カルシウム二水和物が主成分であり、e)140℃に加熱すると焼きセッコウになる。
(問1) 文中の ア ～ カ に適切な語句を、 キ に適切な化学式をそれぞれ記せ。
答え……
(問1)
ア アルカリ金属
イ アルカリ土類金属
ウ 大きい
エ 融解塩電解
オ 石油
カ 橙
キ CaCO3
■ 2013 金沢大学 人間社会 理工 医薬保健
元素Cの水酸化物は水によく溶け、その水溶液に希硫酸を加えると白色の化合物Eが沈殿する。化合物Eは水や酸に不溶で、毒性が低く、 ア の吸収能が高いため、消化管の ア 撮影の造影剤に用いられる。
元素Dは原子番号38の元素である。元素Dは生体内に吸収されると骨に高く集積し、長時間滞留する。元素Dには質量数90の放射性同位体が存在し、原子力事故の際には、放出・拡散が問題となる。一方、元素Dは イ 色の炎色反応を示すが、この炎色反応は花火などに利用されている。
問1 ア ～ エ に入る適切な語句を記入しなさい。
問2 元素C、D、Eの名称を記入しなさい。
答え……
問1
ア X線
イ 紅
問2
C バリウム
D ストロンチウム
E BaSO4
■2012 静岡大学 理 工 農
2族元素はBe、MgとCa、Sr、Ba、Raの二つのグループに分類され、後者は (ｱ) 金属とよばれる。
2族元素のうち、 (ｲ) は冷水とは反応しないが(a)熱水と反応する。また、二酸化炭素中でも燃え、二酸化炭素を還元する。 (ｲ) は軽い金属なので、軽量な合金の材料として利用される。
カルシウムは (ｲ) よりもイオン化傾向が大きく、常温でも水と反応し化合物Aを生成する。この化合物Aの水溶液に(c)二酸化炭素を吹き込むと、化合物Bの (ｳ) 色沈殿を生ずる。さらに、(d)過剰の二酸化炭素を吹き込むと化合物Bの沈殿は溶解する。ストロンチウムは白銀色の金属であり、炎色反応では (ｵ) 色を発するため、花火などに利用される。
バリウムは空気中では酸化しやすく、水やアルコールとも反応する。水酸化物は、酸化バリウムを水に溶解させることによって生成する。(f)この水酸化バリウム水溶液に希硫酸を加えると、白い沈殿物が生成する。
問1 (ｱ) ～ (ｵ) に入る適切な語句を記せ。
問2 下線部(f)の反応により生成した沈殿物が、X線撮影の造影剤に使われるのはなぜか。その理由を35字以内で記せ。
答え……
問1
(ｱ) アルカリ土類
(ｲ) マグネシウム [Mg]
(ｳ) 白
(ｴ) 黄リン
(ｵ) 紅
問2 硫酸バリウムは水や酸に溶けないとともにX線をよく遮蔽するため。
■2010 和歌山大学 教育
石灰石を焼くと (a) が得られる。 (a) は脱水剤や乾燥剤などに用いられる。 (a) にコークスを混ぜて強熱すると、 (b) が得られる。
問 空欄(a)～(b)の化合物名、化学式を書きなさい。
答え……
(a) 酸化カルシウム、CaO
(b) 炭化カルシウム、CaC2
■ 2012 日本大学 生産工
次の 1 、 2 にあてはまる最も適当な答をそれぞれの解答群から一つずつ選びしなさい。
1 は潮解性があるので乾燥剤に利用される。また、 2 の水和物は建築材や医療用ギプスなどに使用されている。
1 と 2 の解答群
① 炭酸水素カルシウム
② 水酸化カルシウム
③ 塩化カルシウム
④ 炭酸カルシウム
⑤ 炭化カルシウム
⑥ 硫酸カルシウム
答え……
１…③ 塩化カルシウム
２…⑥ 硫酸カルシウム
■ 2012 新潟大学 教育 理 医 歯 工 農
カルシウムは2族元素に属している。2族元素にはカルシウムのほかに5種類の元素があるが、 [1] と [2] を除く元素を特に [3] と呼んでいる。(a)2族元素はいずれも2価の陽イオンになりやすい。しかし、(b) [1] と [2] の2つの元素は、単体の反応性において [3] とかなり異なっている。カルシウム金属は1族の金属元素の単体と同様な銀白の光沢を示し、電気や熱をよく通す。
カルシウムの化合物には、炭酸塩、硫酸塩など、水に溶けにくいものが多い。この性質を利用して、カルシウムの硫酸塩はセッコウとして建築材料や医療用ギプスなど広く利用されている。これに対して、塩化物は潮解性を示すなど水によく溶ける。この性質を利用して、塩化カルシウムは乾燥剤などに用いられる。
酸化カルシウムは、天然に大量に存在する炭酸カルシウムを空気中で強熱すると容易に生成する。酸化カルシウムが工業的に利用されている例として、鉄の製錬がある。溶鉱炉では、原料の鉄鉱石中にある不純物の二酸化ケイ素は、炭酸カルシウムの熱分解で生じる酸化カルシウムと反応して、スラグとして銑(せん)鉄から除去されている。また、我々のごく身近なところでは、酸化カルシウムは缶入の酒や弁当を温めるためにも用いられている。
問1 空欄 [1] ～ [3] にあてはまる適切な語あるいは元素記号を書け。
問2 下線部(a)の理由を説明せよ。
答え……
問1
[1]、[2] Be、Mg (順不同)
[3] アルカリ土類金属元素
問2 1原子あたり2つの価電子を持ち、それを取り去ることで安定な電子配置をとるから。
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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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【「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】
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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。
２族に属する元素には、ベリリウムBe、マグネシウムMg、カルシウムCa、ストロンチウムSr、バリウムBa、ラジウムRaがあります。
２族元素のうち,Be、MgとCa、Sr、Ba、Raは,多くの点で性質が異なるため、Ca、Sr、Ba、Raをアルカリ土類金属元素とよびBe、Mgと区別しています。
航空機、自動車、スポーツ用具、ノートパソコンなどの軽量な合金の材料……マグネシウムMg
にがりの主成分……塩化マグネシウムMgCl2
※にがりとは、海水からとれる塩化マグネシウムを主成分とする食品添加物。豆乳を豆腐に変える凝固剤として使用されます。
紅色の花火……ストロンチウムSr
凍結防止剤・融雪剤、乾燥剤……塩化カルシウムCaCl2
※凍結防止剤は路面の凍結を防止するために散布する剤のことで、他に塩化マグネシウム、塩化ナトリウムなどがあります。
凍結を防止する主な理由は、塩化カルシウムが水に溶けることで凝固点効果が起こり、融点が低下するためです。
セッコウ、建築材、医療用ギプス……硫酸カルシウムニ水和物CaSO4・2H2O、カルシウムの硫酸塩
白色顔料、X線の造影剤……硫酸バリウムBaSO4
※硫酸バリウムがX線撮影の造影剤に使われるのは、安定で胃液によっても溶解せず、X線をよく遮蔽することから。
「バリウムを飲む」と言われますが、バリウムBaは冷水と反応して、水素を発生するので飲むと危険です。実際に、病院で飲むのはバリウムではなくて硫酸バリウムです！
殺菌剤、漂白剤……さらし粉CaCl(ClO）・H2O
※水酸化カルシウムが塩素を吸収するとさらし粉が生成します。
石灰石・大理石・卵の殻・貝殻・真珠・珊瑚の主成分、チョーク・セメント・ガラスの原料、、グランド用ラインパウダー……炭酸カルシウムCaCO3
※昔はグランド用ラインパウダーには、水酸化カルシウム(消石灰)が使われていましたが、水に溶けると強い塩基性を示し、目に入ると危険だったり触れると手がかぶれるなどの可能性があるため、現在ではあまり使われなくなりました。
酒や駅弁を温めるための発熱剤、乾燥剤……酸化カルシウムCaO
※発熱剤となるのは、水と反応して水酸化カルシウムとなる際に多量の熱を発するため。
漆喰などの建築材料、酸性土壌の改良剤……水酸化カルシウムCa(OH)2
※水酸化カルシウムは消石灰ともよばれ、飽和水溶液は石灰水とよばれます。
漆喰とは、水酸化カルシウムを主成分とする建材。漆喰は水酸化カルシウムが空気中の二酸化炭素を吸収して炭酸カルシウムとなって固まる性質を利用しています。
以下は、用途・材料に関して出題された問題です。
■2009 同志社大学 生命医科 理工 スポーツ健康科 心理 文化情報
2族元素は最外殻に2個の価電子をもつ典型元素である。ベリリウム以外の元素の単体は、水と反応して水酸化物を生じる。
カルシウムの水酸化物は消石灰と呼ばれ、水に少し溶解し、水溶液は強い塩基性を示す。この水酸化カルシウムは土壌中和剤や、さらし粉の製造、建築材料(しっくい)の原料など幅広い用途がある。水酸化カルシウムの飽和水溶液は石灰水と呼ばれ、希硫酸と反応させると、化合物Aが生じる。また、石灰水に二酸化炭素を吹き込むと、化合物Bの白色沈殿が生じる。
さらに二酸化炭素を吹き込むと、化合物Cとなる。この化合物Cは水に溶解する。石灰岩の分布する地帯では、石灰岩の主成分である化合物Bが二酸化炭素を含む雨水と反応し、化合物Cとなって地中に浸透し、さらに地中で二酸化炭素を放出して再び化合物Bとなる。これらの反応が長年にわたって繰り返され、鍾乳洞などの特有の地形が形成される。
バリウムの水酸化物は、水に少し溶解して強い塩基性を示す。この水溶液を希硫酸と反応させると、化合物Dが生じる。また水酸化バリウムを強熱すると酸化バリウムになる。酸化バリウムは塩化ナトリウムと同じ結晶構造をもち、陽イオンと陰イオン間の距離も塩化ナトリウムのそれとほぼ同一である。
問題
下の(a)～(f)の文は、化合物AおよびDについて述べたものである。AとD両方に当てはまる場合は○を、片方に当てはまる場合は該当する記号(AまたはD)を、両方とも当てはまらない場合は×を、それぞれの解答欄に記せ。
(a) 水への溶解度は、硫酸マグネシウムに比べて小さい。
(b) 白色の化合物である。
(c) 医療用に調製されたものは、X線診断の造影剤として用いられる。
(d) にがりの主成分として、とうふの製造に用いられる。
(e) 水和物はセッコウと呼ばれ、医療用ギプスなどに使われる。
(f) 吸湿剤や融雪剤として用いられる。
答え…
(a) ○ (b) ○ (c) D (d) × (e) A (f) ×
■ 2012 熊本大学 理 医 薬 工
周期表の1族に属するリチウム、ナトリウム、カリウムなどの元素を ア 、2族に属するカルシウム、ストロンチウム、バリウムなどの元素を イ という。 ア のイオン半径の大きさは、同じ周期の イ よりも ウ 。また、 ア と イ は天然には単体として存在しないため、 エ によってつくられる。 ア は空気中の酸素や水と反応しやすいため、その保存は オ の中で行われる。
イ であるカルシウムの確認には、炎色反応が用いられ、 カ 色を示す。カルシウムの単体は常温で水と反応し、b)得られた水溶液は二酸化炭素と反応して白い沈殿物 キ を生じる。 キ は石灰石や大理石の主成分であり、c)二酸化炭素を含む水に溶ける。
d) キ を900℃以上に加熱することによって生じる酸化カルシウムは、乾燥剤などに用いられている。天然に存在するセッコウは硫酸カルシウム二水和物が主成分であり、e)140℃に加熱すると焼きセッコウになる。
(問1) 文中の ア ～ カ に適切な語句を、 キ に適切な化学式をそれぞれ記せ。
答え……
(問1)
ア アルカリ金属
イ アルカリ土類金属
ウ 大きい
エ 融解塩電解
オ 石油
カ 橙
キ CaCO3
■ 2013 金沢大学 人間社会 理工 医薬保健
元素Cの水酸化物は水によく溶け、その水溶液に希硫酸を加えると白色の化合物Eが沈殿する。化合物Eは水や酸に不溶で、毒性が低く、 ア の吸収能が高いため、消化管の ア 撮影の造影剤に用いられる。
元素Dは原子番号38の元素である。元素Dは生体内に吸収されると骨に高く集積し、長時間滞留する。元素Dには質量数90の放射性同位体が存在し、原子力事故の際には、放出・拡散が問題となる。一方、元素Dは イ 色の炎色反応を示すが、この炎色反応は花火などに利用されている。
問1 ア ～ エ に入る適切な語句を記入しなさい。
問2 元素C、D、Eの名称を記入しなさい。
答え……
問1
ア X線
イ 紅
問2
C バリウム
D ストロンチウム
E BaSO4
■2012 静岡大学 理 工 農
2族元素はBe、MgとCa、Sr、Ba、Raの二つのグループに分類され、後者は (ｱ) 金属とよばれる。
2族元素のうち、 (ｲ) は冷水とは反応しないが(a)熱水と反応する。また、二酸化炭素中でも燃え、二酸化炭素を還元する。 (ｲ) は軽い金属なので、軽量な合金の材料として利用される。
カルシウムは (ｲ) よりもイオン化傾向が大きく、常温でも水と反応し化合物Aを生成する。この化合物Aの水溶液に(c)二酸化炭素を吹き込むと、化合物Bの (ｳ) 色沈殿を生ずる。さらに、(d)過剰の二酸化炭素を吹き込むと化合物Bの沈殿は溶解する。ストロンチウムは白銀色の金属であり、炎色反応では (ｵ) 色を発するため、花火などに利用される。
バリウムは空気中では酸化しやすく、水やアルコールとも反応する。水酸化物は、酸化バリウムを水に溶解させることによって生成する。(f)この水酸化バリウム水溶液に希硫酸を加えると、白い沈殿物が生成する。
問1 (ｱ) ～ (ｵ) に入る適切な語句を記せ。
問2 下線部(f)の反応により生成した沈殿物が、X線撮影の造影剤に使われるのはなぜか。その理由を35字以内で記せ。
答え……
問1
(ｱ) アルカリ土類
(ｲ) マグネシウム [Mg]
(ｳ) 白
(ｴ) 黄リン
(ｵ) 紅
問2 硫酸バリウムは水や酸に溶けないとともにX線をよく遮蔽するため。
■2010 和歌山大学 教育
石灰石を焼くと (a) が得られる。 (a) は脱水剤や乾燥剤などに用いられる。 (a) にコークスを混ぜて強熱すると、 (b) が得られる。
問 空欄(a)～(b)の化合物名、化学式を書きなさい。
答え……
(a) 酸化カルシウム、CaO
(b) 炭化カルシウム、CaC2
■ 2012 日本大学 生産工
次の 1 、 2 にあてはまる最も適当な答をそれぞれの解答群から一つずつ選びしなさい。
1 は潮解性があるので乾燥剤に利用される。また、 2 の水和物は建築材や医療用ギプスなどに使用されている。
1 と 2 の解答群
① 炭酸水素カルシウム
② 水酸化カルシウム
③ 塩化カルシウム
④ 炭酸カルシウム
⑤ 炭化カルシウム
⑥ 硫酸カルシウム
答え……
１…③ 塩化カルシウム
２…⑥ 硫酸カルシウム
■ 2012 新潟大学 教育 理 医 歯 工 農
カルシウムは2族元素に属している。2族元素にはカルシウムのほかに5種類の元素があるが、 [1] と [2] を除く元素を特に [3] と呼んでいる。(a)2族元素はいずれも2価の陽イオンになりやすい。しかし、(b) [1] と [2] の2つの元素は、単体の反応性において [3] とかなり異なっている。カルシウム金属は1族の金属元素の単体と同様な銀白の光沢を示し、電気や熱をよく通す。
カルシウムの化合物には、炭酸塩、硫酸塩など、水に溶けにくいものが多い。この性質を利用して、カルシウムの硫酸塩はセッコウとして建築材料や医療用ギプスなど広く利用されている。これに対して、塩化物は潮解性を示すなど水によく溶ける。この性質を利用して、塩化カルシウムは乾燥剤などに用いられる。
酸化カルシウムは、天然に大量に存在する炭酸カルシウムを空気中で強熱すると容易に生成する。酸化カルシウムが工業的に利用されている例として、鉄の製錬がある。溶鉱炉では、原料の鉄鉱石中にある不純物の二酸化ケイ素は、炭酸カルシウムの熱分解で生じる酸化カルシウムと反応して、スラグとして銑(せん)鉄から除去されている。また、我々のごく身近なところでは、酸化カルシウムは缶入の酒や弁当を温めるためにも用いられている。
問1 空欄 [1] ～ [3] にあてはまる適切な語あるいは元素記号を書け。
問2 下線部(a)の理由を説明せよ。
答え……
問1
[1]、[2] Be、Mg (順不同)
[3] アルカリ土類金属元素
問2 1原子あたり2つの価電子を持ち、それを取り去ることで安定な電子配置をとるから。
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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) 1族元素編
今日から、センター試験の化学基礎や化学での頻出テーマである身のまわりの化学(用途・材料)について解説します。
今日は、1族元素編について。
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。
１族に属する元素には、水素H、リチウムLi、ナトリウムNa、カリウムK、ルビジウムRb、セシウムCs、フランシウムFrがあり、水素を除く元素をアルカリ金属とよびます。
ガラスの原料、洗剤(界面活性剤の働きを高める助剤)……炭酸ナトリウムNa2CO3
ふくらし粉(ベーキングパウダー)、胃腸薬(塩酸を中和するため)、入浴剤、重曹（別名）……炭酸水素ナトリウムNa2HCO3
塩、調味料、化学工業で広く利用
……塩化ナトリウムNaCl
ボタン電池
……リチウムLi
燃料電池
……水素H2
セッケン、紙の原料、化学工業で広く利用
……水酸化ナトリウムNaOH
以下は、用途・材料に関して出題された問題です。
■2013 埼玉大学 理 工
近年，携帯電話やノートパソコンなどの電子機器に，①イオン化傾向が大きいアルカリ金属の ア を活用した二次電池が幅広く利用されている。また，水素と イ の化学反応を利用する燃料電池は，クリーンな発電システムとして注目されている。水素は②水の電気分解によって製造することができ，より効率的な燃料電池を目指して，③水素を吸蔵する金属の研究開発も進められている。燃料電池の電解質には様々な無機化合物が用いられており，その化合物の1つに④リン酸がある。リン酸を電解質に用いた燃料電池では，水素イオンがリン酸水溶液中を移動し， イ と反応して電流を生じる。電流の発生は負極および正極における⑤酸化還元反応に起因する。
(a) 空欄アおよびイにあてはまる適切な物質名を書け。
答え…
ア リチウム
イ 酸素
■2012 熊本大学 理 医 薬 工
周期表の1族に属するリチウム，ナトリウム，カリウムなどの元素を ア ，2族に属するカルシウム，ストロンチウム，バリウムなどの元素を イ という。 ア のイオン半径の大きさは，同じ周期の イ よりも ウ 。また， ア と イ は天然には単体として存在しないため， エ によってつくられる。 ア は空気中の酸素や水と反応しやすいため，その保存は オ の中で行われる。
イ であるカルシウムの確認には，炎色反応が用いられ， カ 色を示す。a)カルシウムの単体は常温で水と反応し，b)得られた水溶液は二酸化炭素と反応して白い沈殿物 キ を生じる。 キ は石灰石や大理石の主成分であり，c)二酸化炭素を含む水に溶ける。
d) キ を900℃以上に加熱することによって生じる酸化カルシウムは，乾燥剤などに用いられている。天然に存在するセッコウは硫酸カルシウム二水和物が主成分であり，e)140℃に加熱すると焼きセッコウになる。
(問1) 文中の ア ～ カ に適切な語句を， キ に適切な化学式をそれぞれ記せ。
(問2) 炭酸ナトリウムは，ガラスなどの原料として多量に用いられている。炭酸ナトリウムの工業的な製造法の名称を記せ。また，この工程では飽和食塩水に2つの物質を添加して炭酸水素ナトリウムを沈殿させ，その後，熱分解して炭酸ナトリウムを得る。飽和食塩水に加えられる2つの物質を化学式で記せ。
答え…
(問1)
ア アルカリ金属 イ アルカリ土類金属 ウ 大きい エ 融解塩電解
オ 石油 カ 橙 キ CaCO3
(問2) アンモニアソーダ法 [ソルベー法]，CO2，NH3
■2012 京都女子大学 文 発達教育 家政 現代社会 法
ナトリウムの単体はやわらかく，ナイフで容易に切断することができるが，(a)空気中では直ちに酸化されるため，(b)ナトリウムの単体の保存には注意が必要である。一般にナトリウムのようにイオン化傾向の大きい金属の単体は，水溶液の電気分解では得ることができない。そのため，(c)その酸化物や塩を融解したのち，これを電気分解して単体を得る。
ナトリウムを含む重要な工業原料である炭酸ナトリウムは，ガラスの製造などのために大量に合成されている。下の図は…以下略…。
(1)～(5)略
(6) 化合物D(炭酸水素ナトリウム)は，胃液に含まれる塩酸を中和するために胃腸薬として利用されている。化合物Dと塩酸の反応の反応式を書きなさい。
(7) 化合物C(塩化カルシウム)の用途として次のなかから該当するものをすべて選びなさい。
(a) 乾燥剤 (b) 入浴剤 (c) ベーキングパウダー
(d) 凍結防止剤 (e) 肥料
■ 2013 明治大学一般 農
ナトリウムは，軟らかい銀白色の金属で，水に触れると激しく反応し，ごくわずかな湿気にも反応するので皮膚に触れると激しく侵される。塩素は，刺激臭をもつ黄緑色の気体で，第一次世界大戦の最前線では毒ガス兵器として使用された。ただし，敵とほぼ同数の味方が死んだとされている。ナトリウムと塩素が接触すると激しく反応し，火の玉となって炎を上げ，白煙が立ち昇る。この煙は塩化ナトリウム(NaCl)，すなわち食塩であり，われわれの生活には欠かせないものである。ナトリウムも塩素も，自然界には単体では存在しない。
(1) 上記下線部の反応は，あるガスの発生を伴う。そのガスに関する記述として誤っているものは 16 である。
16
A 宇宙で最も存在する量が大きい元素である。
B 最も軽い気体である。
C 捕集するときは下方置換で行う。
D 工業的には水の電気分解や，石油から得られた炭化水素を高温で水と反応させてつくられる。
E 最近では燃料電池にも利用される。
F 亜鉛に希硫酸を加えると発生する。
答え…
C
(2) 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
(3) 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) C (2) B (3) D
■東北大学 理
アルカリ金属元素であるナトリウムは，身近に多く存在する元素であり，その塩を日常でもよく利用している。料理の際には，塩化ナトリウムは調味料として，炭酸水素ナトリウムはふくらし粉として利用されている。塩素とナトリウムを含む化合物であるe)次亜塩素酸ナトリウムの水溶液は漂白剤に使用されている。また，f)塩化ナトリウム水溶液の電気分解を利用して得られる水酸化ナトリウムは，広く化学工業で用いられる。
■2013 早稲田大学 一般 基幹理工 創造理工 先進理工
水素を燃料電池に導入すると，空気中の酸素を消費しながら，酸化還元反応に伴うエネルギーを電気エネルギーに変換し，電力として利用することができる。…以下略…
■2012 順天堂大学 一般 医
イオン化傾向が最も大きな金属として，リチウム(Li)が知られている。同じ金属が正極であった時，リチウムを負極に用いると最も大きな起電力が得られる。それを利用したのがリチウム電池であり，現在ボタン電池などとして幅広く用いられている。リチウム電池の代表的なものは金属リチウムと二酸化マンガンをそれぞれ負極，正極とし，電解質としてはリチウム塩を用い，また電解液としてリチウム塩を溶解できる有機溶媒を用いている。リチウム電池に関する次の各問いに答えなさい。…以下略…
■2012 立命館大学 映像 スポーツ健康科 理工 情報理工 生命科 薬
ナトリウムは，イオン化傾向が大きく あ 個の価電子を い して う 価の え になりやすい。また，反応性も大きく(a)常温で水と反応して，水酸化ナトリウムになる。このため，単体のナトリウムは石油中に保存する。
水酸化ナトリウムは，白色の固体で，空気中の水蒸気を吸収し，表面が次第に溶け出し，ついには水溶液になる。また，水酸化ナトリウムは，二酸化炭素と反応してベーキングパウダーや入浴剤の原料となる炭酸水素ナトリウムや，ガラスなどの原料として利用される炭酸ナトリウムを生じる。炭酸水素ナトリウムは，塩の種類としては お 塩で，その水溶液は か である。一方，炭酸ナトリウムは，塩の種類としては き 塩で，その水溶液は く である。(b)炭酸水素ナトリウムは加熱すると容易に分解して二酸化炭素を発生するが，炭酸ナトリウムは熱に安定な化合物である。
炭酸ナトリウムの濃い水溶液を室温で放置して水分を蒸発させると，炭酸ナトリウム十水和物の結晶となる。また，炭酸ナトリウム十水和物の結晶を乾いた空気中に放置すると，徐々に水和水が失われ，その結晶の表面が白色粉末状になる。このように結晶が水和水を失う現象を け という。
〔1〕 文中の あ ～ え にあてはまる数字と語句の組み合わせとして，正しいものを下の①～⑥の中から選び，その番号を解答用紙にマークせよ。
あ い う え
① 1 放出 1 陰イオン
② 1 吸収 1 陰イオン
③ 1 放出 1 陽イオン
④ 2 吸収 2 陽イオン
⑤ 2 放出 2 陽イオン
⑥ 2 吸収 2 陰イオン
〔2〕 下線部(a)の反応で発生する気体の化学式を 内に記入せよ。
〔3〕 文中の お ～ け 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。なお，同じ番号を何度用いてもよい。
① 潮解 ② 電解 ③ 風解 ④ 融解 ⑤ 溶解 ⑥ 正 ⑦ 酸性 ⑧ 中性 ⑨ 塩基性
答え…
〔1〕 ③ 〔2〕 H2
〔3〕 お ⑦ か ⑨ き ⑥ く ⑨ け ③
■東京大学 理科一類 理科三類 理科二類
一度放電したら，充電して再び用いるのが困難な電池を一次電池という。リチウムの単体が一次電池の負極として広く用いられるのは，高い電圧を取り出すのに有利なためである。アルカリ金属である①リチウムの単体は水と激しく反応するため，電解質には有機溶媒やポリマーが用いられる。
一方，繰り返し充電と放電が可能な電池を二次電池といい，中でもリチウムイオン二次電池は携帯機器の電源として急速に普及した。リチウムの単体からなる電極は充電と放電の繰り返しには適していないため，負極には②黒鉛を電極の表面に接着したものが用いられる。また，正極には電極表面にコバルト酸リチウムLiCoO2を接着したものが用いられる。
■2013 富山大学 医 薬
塩化ナトリウムは化学工業の原料として重要な化合物であり，塩素，塩酸，水酸化ナトリウム，硫酸ナトリウム，炭酸ナトリウムなどの製造原料として利用される。このうち炭酸ナトリウムはガラス製造の原料や医薬品などとして広く用いられる化合物である。
炭酸ナトリウムは，工業的には次の反応式(1)で表される( あ )法によって製造される。
問1 本文中( あ )に当てはまる炭酸ナトリウムの工業的製法の名称を記せ。
答え…
問1 アンモニアソーダ法 [ソルベー法]
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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)
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今日は、1族元素編について。
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。
１族に属する元素には、水素H、リチウムLi、ナトリウムNa、カリウムK、ルビジウムRb、セシウムCs、フランシウムFrがあり、水素を除く元素をアルカリ金属とよびます。
ガラスの原料、洗剤(界面活性剤の働きを高める助剤)……炭酸ナトリウムNa2CO3
ふくらし粉(ベーキングパウダー)、胃腸薬(塩酸を中和するため)、入浴剤、重曹（別名）……炭酸水素ナトリウムNa2HCO3
塩、調味料、化学工業で広く利用
……塩化ナトリウムNaCl
ボタン電池
……リチウムLi
燃料電池
……水素H2
セッケン、紙の原料、化学工業で広く利用
……水酸化ナトリウムNaOH
以下は、用途・材料に関して出題された問題です。
■2013 埼玉大学 理 工
近年，携帯電話やノートパソコンなどの電子機器に，①イオン化傾向が大きいアルカリ金属の ア を活用した二次電池が幅広く利用されている。また，水素と イ の化学反応を利用する燃料電池は，クリーンな発電システムとして注目されている。水素は②水の電気分解によって製造することができ，より効率的な燃料電池を目指して，③水素を吸蔵する金属の研究開発も進められている。燃料電池の電解質には様々な無機化合物が用いられており，その化合物の1つに④リン酸がある。リン酸を電解質に用いた燃料電池では，水素イオンがリン酸水溶液中を移動し， イ と反応して電流を生じる。電流の発生は負極および正極における⑤酸化還元反応に起因する。
(a) 空欄アおよびイにあてはまる適切な物質名を書け。
答え…
ア リチウム
イ 酸素
■2012 熊本大学 理 医 薬 工
周期表の1族に属するリチウム，ナトリウム，カリウムなどの元素を ア ，2族に属するカルシウム，ストロンチウム，バリウムなどの元素を イ という。 ア のイオン半径の大きさは，同じ周期の イ よりも ウ 。また， ア と イ は天然には単体として存在しないため， エ によってつくられる。 ア は空気中の酸素や水と反応しやすいため，その保存は オ の中で行われる。
イ であるカルシウムの確認には，炎色反応が用いられ， カ 色を示す。a)カルシウムの単体は常温で水と反応し，b)得られた水溶液は二酸化炭素と反応して白い沈殿物 キ を生じる。 キ は石灰石や大理石の主成分であり，c)二酸化炭素を含む水に溶ける。
d) キ を900℃以上に加熱することによって生じる酸化カルシウムは，乾燥剤などに用いられている。天然に存在するセッコウは硫酸カルシウム二水和物が主成分であり，e)140℃に加熱すると焼きセッコウになる。
(問1) 文中の ア ～ カ に適切な語句を， キ に適切な化学式をそれぞれ記せ。
(問2) 炭酸ナトリウムは，ガラスなどの原料として多量に用いられている。炭酸ナトリウムの工業的な製造法の名称を記せ。また，この工程では飽和食塩水に2つの物質を添加して炭酸水素ナトリウムを沈殿させ，その後，熱分解して炭酸ナトリウムを得る。飽和食塩水に加えられる2つの物質を化学式で記せ。
答え…
(問1)
ア アルカリ金属 イ アルカリ土類金属 ウ 大きい エ 融解塩電解
オ 石油 カ 橙 キ CaCO3
(問2) アンモニアソーダ法 [ソルベー法]，CO2，NH3
■2012 京都女子大学 文 発達教育 家政 現代社会 法
ナトリウムの単体はやわらかく，ナイフで容易に切断することができるが，(a)空気中では直ちに酸化されるため，(b)ナトリウムの単体の保存には注意が必要である。一般にナトリウムのようにイオン化傾向の大きい金属の単体は，水溶液の電気分解では得ることができない。そのため，(c)その酸化物や塩を融解したのち，これを電気分解して単体を得る。
ナトリウムを含む重要な工業原料である炭酸ナトリウムは，ガラスの製造などのために大量に合成されている。下の図は…以下略…。
(1)～(5)略
(6) 化合物D(炭酸水素ナトリウム)は，胃液に含まれる塩酸を中和するために胃腸薬として利用されている。化合物Dと塩酸の反応の反応式を書きなさい。
(7) 化合物C(塩化カルシウム)の用途として次のなかから該当するものをすべて選びなさい。
(a) 乾燥剤 (b) 入浴剤 (c) ベーキングパウダー
(d) 凍結防止剤 (e) 肥料
■ 2013 明治大学一般 農
ナトリウムは，軟らかい銀白色の金属で，水に触れると激しく反応し，ごくわずかな湿気にも反応するので皮膚に触れると激しく侵される。塩素は，刺激臭をもつ黄緑色の気体で，第一次世界大戦の最前線では毒ガス兵器として使用された。ただし，敵とほぼ同数の味方が死んだとされている。ナトリウムと塩素が接触すると激しく反応し，火の玉となって炎を上げ，白煙が立ち昇る。この煙は塩化ナトリウム(NaCl)，すなわち食塩であり，われわれの生活には欠かせないものである。ナトリウムも塩素も，自然界には単体では存在しない。
(1) 上記下線部の反応は，あるガスの発生を伴う。そのガスに関する記述として誤っているものは 16 である。
16
A 宇宙で最も存在する量が大きい元素である。
B 最も軽い気体である。
C 捕集するときは下方置換で行う。
D 工業的には水の電気分解や，石油から得られた炭化水素を高温で水と反応させてつくられる。
E 最近では燃料電池にも利用される。
F 亜鉛に希硫酸を加えると発生する。
答え…
C
(2) 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
(3) 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) C (2) B (3) D
■東北大学 理
アルカリ金属元素であるナトリウムは，身近に多く存在する元素であり，その塩を日常でもよく利用している。料理の際には，塩化ナトリウムは調味料として，炭酸水素ナトリウムはふくらし粉として利用されている。塩素とナトリウムを含む化合物であるe)次亜塩素酸ナトリウムの水溶液は漂白剤に使用されている。また，f)塩化ナトリウム水溶液の電気分解を利用して得られる水酸化ナトリウムは，広く化学工業で用いられる。
■2013 早稲田大学 一般 基幹理工 創造理工 先進理工
水素を燃料電池に導入すると，空気中の酸素を消費しながら，酸化還元反応に伴うエネルギーを電気エネルギーに変換し，電力として利用することができる。…以下略…
■2012 順天堂大学 一般 医
イオン化傾向が最も大きな金属として，リチウム(Li)が知られている。同じ金属が正極であった時，リチウムを負極に用いると最も大きな起電力が得られる。それを利用したのがリチウム電池であり，現在ボタン電池などとして幅広く用いられている。リチウム電池の代表的なものは金属リチウムと二酸化マンガンをそれぞれ負極，正極とし，電解質としてはリチウム塩を用い，また電解液としてリチウム塩を溶解できる有機溶媒を用いている。リチウム電池に関する次の各問いに答えなさい。…以下略…
■2012 立命館大学 映像 スポーツ健康科 理工 情報理工 生命科 薬
ナトリウムは，イオン化傾向が大きく あ 個の価電子を い して う 価の え になりやすい。また，反応性も大きく(a)常温で水と反応して，水酸化ナトリウムになる。このため，単体のナトリウムは石油中に保存する。
水酸化ナトリウムは，白色の固体で，空気中の水蒸気を吸収し，表面が次第に溶け出し，ついには水溶液になる。また，水酸化ナトリウムは，二酸化炭素と反応してベーキングパウダーや入浴剤の原料となる炭酸水素ナトリウムや，ガラスなどの原料として利用される炭酸ナトリウムを生じる。炭酸水素ナトリウムは，塩の種類としては お 塩で，その水溶液は か である。一方，炭酸ナトリウムは，塩の種類としては き 塩で，その水溶液は く である。(b)炭酸水素ナトリウムは加熱すると容易に分解して二酸化炭素を発生するが，炭酸ナトリウムは熱に安定な化合物である。
炭酸ナトリウムの濃い水溶液を室温で放置して水分を蒸発させると，炭酸ナトリウム十水和物の結晶となる。また，炭酸ナトリウム十水和物の結晶を乾いた空気中に放置すると，徐々に水和水が失われ，その結晶の表面が白色粉末状になる。このように結晶が水和水を失う現象を け という。
〔1〕 文中の あ ～ え にあてはまる数字と語句の組み合わせとして，正しいものを下の①～⑥の中から選び，その番号を解答用紙にマークせよ。
あ い う え
① 1 放出 1 陰イオン
② 1 吸収 1 陰イオン
③ 1 放出 1 陽イオン
④ 2 吸収 2 陽イオン
⑤ 2 放出 2 陽イオン
⑥ 2 吸収 2 陰イオン
〔2〕 下線部(a)の反応で発生する気体の化学式を 内に記入せよ。
〔3〕 文中の お ～ け 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。なお，同じ番号を何度用いてもよい。
① 潮解 ② 電解 ③ 風解 ④ 融解 ⑤ 溶解 ⑥ 正 ⑦ 酸性 ⑧ 中性 ⑨ 塩基性
答え…
〔1〕 ③ 〔2〕 H2
〔3〕 お ⑦ か ⑨ き ⑥ く ⑨ け ③
■東京大学 理科一類 理科三類 理科二類
一度放電したら，充電して再び用いるのが困難な電池を一次電池という。リチウムの単体が一次電池の負極として広く用いられるのは，高い電圧を取り出すのに有利なためである。アルカリ金属である①リチウムの単体は水と激しく反応するため，電解質には有機溶媒やポリマーが用いられる。
一方，繰り返し充電と放電が可能な電池を二次電池といい，中でもリチウムイオン二次電池は携帯機器の電源として急速に普及した。リチウムの単体からなる電極は充電と放電の繰り返しには適していないため，負極には②黒鉛を電極の表面に接着したものが用いられる。また，正極には電極表面にコバルト酸リチウムLiCoO2を接着したものが用いられる。
■2013 富山大学 医 薬
塩化ナトリウムは化学工業の原料として重要な化合物であり，塩素，塩酸，水酸化ナトリウム，硫酸ナトリウム，炭酸ナトリウムなどの製造原料として利用される。このうち炭酸ナトリウムはガラス製造の原料や医薬品などとして広く用いられる化合物である。
炭酸ナトリウムは，工業的には次の反応式(1)で表される( あ )法によって製造される。
問1 本文中( あ )に当てはまる炭酸ナトリウムの工業的製法の名称を記せ。
答え…
問1 アンモニアソーダ法 [ソルベー法]
「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。
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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)
こちら(HP 恋する化学)よりご購入いただけます。
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海水に関する問題
前回に続き,携帯アプリゲーム「クイズRPG 魔法使いと黒猫のウィズ」で出題された問題から。
Q.次の物質を、海水に含まれる量が多い順に並べ替えなさい。
1.水 2.塩化ナトリウム 3.塩化マグネシウム 4.硫酸カルシウム
どうでしょうか？
うーん…、この問題,厳密には問題があります。
海水中に存在するのは,イオンの状態であって,塩化カルシウムや塩化マグネシウムなどの塩(えん)として存在しているわけではありません。
塩は蒸発させたときに残る固体です。
よって,厳密には
「混合物である海水がどのような純物質から構成されているか。多い順に並べよ。」
としなければいけないでしょう。ちょっと苦しいですが。
一応、答えは,
1.水⇒2.塩化ナトリウム⇒3.塩化マグネシウム⇒4.硫酸カルシウムの順となります。
(水＝96.6%,塩分3.4％(塩化ナトリウム＝77.9%,塩化マグネシウム＝9.6%,硫酸カルシウム＝4.0%,その他) wikipediaより)
前回に続いて,大学の入試問題では,海水に関してどんな問題が出題されているのか,データベースソフトを用い調べてみました。
分析の結果,おおまかに分類すると
① 物質の種類に関する問題
② 分離・実験装置に関する問題
③ セッケンの洗浄力に関する問題
④ 溶液の濃度に関する問題
⑤ 浸透圧に関する問題
⑥ イオン交換膜に関する問題
の６つになりました。
①のポイントは
海水は混合物である！ということ。
純物質……１種類の物質からなる物質。
混合物……純物質が２種類以上混じり合ってできた物質。
純物質は,さらに単体と化合物に分けられる。
単体……１種類の元素で構成されている物質。例……C,O2,N2,Ag
化合物…２種類以上の元素で構成されている物質。例……H2O,NaCl,CH4
★純物質と混合物の見分け方のポイント
① １つの化学式で表せるものが純物質となる。例えば,海水は,水(H2O),塩化ナトリウム(NaCl), 塩化マグネシウム(MgCl2)などからなるので混合物と判断できる！
② 融点・沸点が一定の値を示す物質は,純物質。一定の値を示さない物質は混合物。
混合物の融点・沸点は,成分物質の混合の割合によって変わる！
②のポイントは
海水から純粋な水を取り出す操作は蒸留となること。
蒸留とは？
液体を含む混合物を加熱し,沸騰させてできる蒸気を冷却することにより,液体を分離する操作を蒸留という。
特に,２種類以上の液体の混合物を,沸点の違いを利用して物質ごとに分離する操作を分留という。
例えば,蒸留は,海水から水を取り出す場合,溶けている塩化ナトリウムNaClなどは蒸発しないが,水は蒸発するため,水を分離することができる。
③のポイントは
セッケンはMg2＋やCa2＋と反応して水に不溶な塩をつくるため，硬水や海水を用いるとセッケンの洗浄力は低下するということ。
④⑤⑥については,長くなるので別の機会に解説します。
では,実際に出題された入試問題のごく一部を紹介します。
★☆★① 物質の種類に関する問題★☆★
■2012 立命館大学 2/3,理系Ａ方式 理工 情報理工 生命科 薬
・文章中の下線部(c)について，物質を分離・精製する方法には蒸留の他にもいろいろな方法がある。
混合物の分離・精製に関する文章のうち正しいものを下の選択肢からすべて選び，その番号を解答用紙にマークせよ。
① 再結晶は，有機化合物の精製には適用できない。
② 抽出により，食塩とナフタレンの混合物からナフタレンをとり出すことができる。
③ 抽出により，アニリンとフタル酸の混合物からそれぞれの化合物を分離することはできない。
④ クロマトグラフィーにより，o-キシレンとフェノールの混合物からそれぞれの化合物を分離することができる。
⑤ 蒸留により，エタノールと海水の混合物からエタノールをとり出すことはできない。
⑥ 昇華により，ナフタレンとベンゼンの混合物からナフタレンをとり出すことができる。
答え
②，④
■2012 明治大学 一般 農
・以下の文章(ｱ)～(ｴ)の目的に適する分離方法の組み合わせは ① である。
(ｱ) 少量の塩化ナトリウムを含む硝酸カリウムの水溶液から純粋な硝酸カリウムを精製する。
(ｲ) 海水から純粋な水を取り出す。
(ｳ) ナフタレンと塩化ナトリウムの混合物からナフタレンを液体の状態を経ずに分離する。
(ｴ) ヨウ素を含むうがい薬からヘキサンを用いてヨウ素を分離する。
①
(ｱ) (ｲ) (ｳ) (ｴ)
A 昇 華 ろ紙によるろ過 蒸 留 昇 華
B 昇 華 抽 出 蒸 留 抽 出
C 再結晶 抽 出 昇 華 蒸 留
D 抽 出 ろ紙によるろ過 抽 出 蒸 留
E 再結晶 蒸 留 昇 華 抽 出
F 抽 出 蒸 留 抽 出 昇 華
答え
(3) E
■2012 東邦大学 理
・次の(ｱ)～(ｳ)の混合物から[ ]内に示した純物質を取り出すのにもっとも適した方法を，以下の(a)～(e)からそれぞれ一つずつ選び記号で答えよ。
(ｱ) 海水[水] (ｲ) お茶[カフェイン]
(ｳ) 少量の塩化ナトリウムを含む硝酸カリウム[硝酸カリウム]
(a) ろ過 (b) 蒸留 (c) 再結晶 (d) 昇華 (e) 抽出
■2009 東京理科大学 理工
・次の(ｱ)～(ｼ)に最も適当なものをＡ欄から選びなさい。
海水から真水を作るとき，まず砂や固体浮遊物を (ｱ) により分離する。得られた液体は真水と同じように見えるが，その中には各種無機塩類が溶解している。このことは例えば，この液体に (ｲ) 水溶液を1，2滴落とすと白い (ｳ) の沈殿が見られ，
さらに，この液体を白金線に付けてガスバーナーの外炎に入れると (ｴ) による黄色の (ｵ) が見られることから確認できる。
次にそれら無機塩類を除くために，図の装置で (ｶ) をおこなう。図中の器具Aは (ｷ) ，器具Bは (ｸ) 冷却器，器具Cは (ｹ) という。
図中の温度計の球部は，ⅰ～ⅲの中の (ｺ) の高さに置く。加熱するときに守るべきことは (ｻ) ことである。また，冷却器の使用方法で守るべきことは
(ｼ) ことである。この操作によって海水中の水は蒸発して水蒸気になり，冷却器で冷やされてほぼ純粋な水が得られる。
Ａ 欄
01 ⅰ 02 ⅱ
03 ⅲ 04 アジャスター
05 アダプター 06 アンモニア
07 カリウム 08 キップ
09 ナトリウム 10 フェーリング液
11 ベックマン 12 マグネシウム
13 メスフラスコ 14 リービッヒ
15 レトルト 16 枝つきフラスコ
17 塩化アンモニウム 18 塩化銀
19 塩化鉄(Ⅲ) 20 塩化ナトリウム
21 炎色反応 22 蛍 光
23 再結晶 24 硝酸銀
25 蒸 留 26 水酸化鉄(Ⅲ)
27 水酸化銅(Ⅱ) 28 炭酸カルシウム
29 沈 殿 30 抽 出
31 沸 騰 32 分 留
33 丸底フラスコ 34 硫酸銅(Ⅱ)
35 リン光 36 ろ 過
37 ガスバーナーの赤い炎で熱する 38 沸騰石を入れて穏やかに沸騰させる
39 はやく蒸発させるために強めに熱する
40 冷却水をaから入れてbから流出させる
41 冷却水をbから入れてaから流出させる
■2013 神戸薬科大学 薬
・海水から水を取り出す操作として適切なものは，次のうちどれか。
(a) ろ過 (b) 昇華 (c) 再結晶 (d) 抽出 (e) 蒸留
■2010 富山県立大学 工
次の文中の( ① )～( ⑥ )に適当な語句を記入せよ。また，( ア )に適当な文章を説明文(a)～(e)から選び記号で答えよ。
純物質は，単体と( ① )に分類される。( ① )はその作り方や存在場所が異なっても，成分元素の質量比は一定である。
これを( ② )の法則といい，1799年にフランスの( ③ )が発見した。
海水から水を分離するには，海水に溶けている物質と水の( ④ )が異なることを利用して( ⑤ )という操作を行うとよい。
そのために，枝付きフラスコに海水を入れて加熱し，発生した水蒸気を冷却器で( ⑥ )させて三角フラスコに集める。
その時の注意事項として誤りを含んだ文章は( ア )である。
(a) 海水の量は枝付きフラスコの容積の3分の1程度にする。
(b) 温度計の先端の球部は枝付きフラスコの底に触れないように海水中に入れる。
(c) 冷却水は下方から上方へ流す。
(d) 急激な沸騰(突沸)を防ぐため，沸騰石を入れておく。
(e) 枝付きフラスコはバーナーで直接加熱せず，間に金網を入れる。
答え
① 化合物 ② 定比例 ③ プルースト ④ 沸点 ⑤ 蒸留 ⑥ 疑縮
ア (b)
■2009 京都教育大学 教育
物質は純物質と混合物に分類される。純物質はさらに，単体と化合物に分類される。
次の1)～3)を実現するために，混合物あるいは化合物からある特定の物質を取り出す方法を説明せよ。図を用いて説明してもよい。
ただし，通常の実験室で可能な簡単な実験方法が望ましい。また，取り出した特定の物質を分析して同定する必要はない。
1) 海水から，できるだけ純度の高い水を得る。
2) 酸化鉄から，できるだけ純度の高い鉄を得る。
3) 不純物を含む純度の低い粗銅から，純銅を得る。
★☆★② 分離・実験装置に関する問題★☆★
■ 2012 東京都市大学 工 知識工 環境情報 都市生活
問 ア～エのうち，混合物はどれか。最適な組み合わせを下の①～⑧のうちから1つ選べ。 13
ア ドライアイス イ 牛乳 ウ 海水 エ ダイヤモンド
① アとイ ② アとウ ③ アとエ ④ イとウ
⑤ イとエ ⑥ ウとエ ⑦ アとイとウ ⑧ イとウとエ
答え
④
■2010 自治医科大学 医
・次のうちで，混合物のみ，または化合物のみからなる組み合わせはどれか。
A：オゾン，塩酸，花こう岩 B：石油，石灰水，空気
C：水，ドライアイス，アンモニア D：黒鉛，エタノール，塩化ナトリウム
E：ショ糖，海水，食酢
(ｱ) AとB (ｲ) BとC (ｳ) CとD (ｴ) DとE
(ｵ) AとE
■2012 大阪医科大学 看護
問 単体，化合物，混合物の組み合わせ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。
単体 化合物 混合物
a 酸素 石灰水 青銅
b グルコース セッコウ 海水
c ナトリウム 白金 ヨウ素液
d 水素 ベンゼン 発煙硫酸
e アルミニウム 塩化ナトリウム 次亜塩素酸
■2012 上智大学 理工
私たちの身の回りにある多くの物質は，2種類以上の物質が混じり合ったものであり，このような物質を A という。空気や海水は A である。
問1 文中の A ～ G にあてはまる語句をa)～s)からそれぞれ1つ選べ。該当する選択肢がない場合，あるいは選択肢が複数ある場合は，z欄をマークせよ。
a) 異性体 b) 化合物 c) 希釈 d) 揮発 e) 凝縮
f) 原子 g) コロイド h) 混合物 i) 重合体 j) 純物質
k) 蒸留 l) 精製 m) 単体 n) 単量体 o) 同位体
p) 同族体 q) 同素体 r) 複塩 s) 沸騰
■2010 岩手大学 教育
次の文(ｱ)～(ｶ)のうち，下線部の記述の誤っているものを3つ選び，記号で答えよ。
また，誤りを含む下線部を，それぞれ正しい記述に直せ。
(ｱ) 原子量が約40で，原子核の中性子の数が陽子の数より4個多い原子の原子番号は，18である。
(ｲ) 一酸化窒素と二酸化窒素のように，同じ元素の組み合わせでできている性質の異なる物質を，同素体という。
(ｳ) 食塩は固体状態では電気を通さないが，加熱して融解するとナトリウムと塩素の間で電子が授受されるので，電気をよく通す。
(ｴ) プロパン6.60gを完全燃焼させたとき生じる二酸化炭素は，標準状態で約10.1Lである。
(ｵ) 海水，食塩水，酢酸，硝酸，石油，エタノールのうち，純物質は酢酸とエタノールである。
(ｶ) 酸素分子O2の全電子数はネオン原子Neの電子数と同じなので，O2は安定に存在する。
★☆★③ セッケンの洗浄力に関する問題★☆★
■2010 関東学院大学 人間環境
27～35に当てはまるものを下記の語群①～⑩から選べ。
油脂をけん化して得られる 27 は 28 性部分の炭化水素基と 29 性のイオン部分からなる 30 のナトリウム塩である。
水中でその一部が 31 して弱 32 性を示す。 27 は硬水や海水中ではCa2＋や 33 と結合し水に不溶性の塩を作るので使用できない。
この点を改良したのが合成洗剤である。合成洗剤には 34 のナトリウム塩や，高級 35 の硫酸エステルのナトリウム塩などがある。
[語群]
① アルコール ② セッケン ③ 加水分解 ④ 乳化
⑤ 塩基 ⑥ アルキルベンゼンスルホン酸 ⑦ 親水
⑧ 脂肪酸 ⑨ Mg2＋ ⑩ 疎水
答え
27 ② 28 ⑩ 29 ⑦ 30 ⑧ 31 ③ 32 ⑤ 33 ⑨ 34 ⑥ 35 ①
■2010 立命館大学 薬 情報理工 生命科 理工
セッケン分子は，RCOO－がこのような性質をもっているのでミセルを形成する。
しかし，Ca2＋やMg2＋を多く含む あ や海水では，RCOO－がこれらのイオンと反応して水に溶けにくい塩をつくるので使用できない。
〔1〕 文章中の あ 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。
あ：
① 軟水 ② 界面活性剤 ③ コロイド溶液 ④ 乳濁液 ⑤ 王水 ⑥ 硬水
答え
あ ⑥
■2012 成蹊大学 理工
問 高級脂肪酸のナトリウム塩であるセッケンに関する記述として，誤っているものの組合せを下の①～⑥のうちから一つ選べ。
a セッケンは，水の中に入り込みやすい性質(親水性)のイオンの部分と，水と分離しやすい性質(疎水性)の炭化水素基とからできている。
b セッケンを水に溶かすと，弱酸性を示す。
c 油脂をセッケン水に加えると，油脂はセッケンの親水性部分に囲まれ，細かい粒子となって水の中に分散する。
d セッケンはMg2＋やCa2＋と反応して水に不溶な塩をつくるため，硬水や海水を用いるとセッケンの洗浄力は低下する。
① a・b ② a・c ③ a・d ④ b・c ⑤ b・d ⑥ c・d
★☆★④ 溶液の濃度に関する問題★☆★
■2013 九州工業大学 工 情報工
問 海水中に含まれるすべての塩の質量パーセント濃度は3.4％といわれている。密度1.02g/cm3の海水1.0L中に含まれる塩①の質量[g]を有効数字2桁で答えよ。
■2012 芝浦工業大学 工 システム理工 デザイン工
(ｲ) 海水には様々な物質が溶けていて，海水100g中に溶けている物質の総質量は3.50gである。
そのうち質量パーセントで78.0％が塩化ナトリウムである。海水中に溶解している塩化ナトリウムのモル濃度[mol/L]を有効数字3桁で求めよ。ただし，海水の密度は1.02g/cm3とする。
■2010 中央大学 理工
・海水は質量パーセント濃度3.5％の塩化ナトリウム水溶液とみなすことができる。
27℃でこの塩化ナトリウム水溶液の密度を1.02g/cm3としたとき，そのモル濃度[mol/L]を，有効数字2桁で答えなさい。
★☆★⑤ 浸透圧に関する問題★☆★
■2013 関西学院大学 教育 総合政策 理工
当初， (ｲ) は，コロイド粒子が通過できない膜を用いて研究・利用されてきた。
例えば，(a)コロイド粒子であるタンパク質の精製では， (ｱ) を用いた(b)透析という技術が用いられている。
さらに，現在ではナトリウムイオンや塩化物イオンも通過できないような膜も作製され，海水の淡水化に応用されている。
この膜の穴の大きさは，水分子より数倍大きい。水分子の大きさは約0.38nmである。
一方，(c)塩化物イオンとナトリウムイオンの大きさは，大きい方でも直径が0.33nmで水分子よりも小さい。
それにもかかわらず，(d)この穴は水分子のみを選択的に通過させる。例えば，図の装置(略)において，
(e)Aに食塩水を，Bに純水を入れ， (3) 側に (ｲ) よりも大きな圧力を加えた場合，水分子が (4) 側から (5) 側に向かって (ｱ) を通過し，
食塩水から純水を得ることができる。
問1．文中の(ｱ)，(ｲ)に適切な語句を入れよ。
問2．文中の(1)～(5)にA，Bのどちらかを入れよ。
問3．下線部(a)に関して，タンパク質の精製には透析の他に，タンパク質溶液に(あ)直流電圧をかけるとある電極方向にタンパク質が移動する現象や，
(い)多量の電解質を加えるとタンパク質が沈殿する現象が利用される。タンパク質がコロイド粒子であるために示すこれらの現象をそれぞれ何というか書け。
また，(う)タンパク質は疎水コロイドと親水コロイドのどちらであるかを書け。
問4．下線部(b)に関して，透析とはどの様な操作であるか説明せよ。
問5．下線部(c)に関して，塩化物イオンとナトリウムイオンとではどちらが大きいか，電子配置をもとに説明せよ。
問6．下線部(d)に関して，イオンの大きさより大きな穴が空いているにもかかわらず，水のみがこの膜を通過し，イオンは通過できない理由を説明せよ。
答え
問1． (ｱ) 半透膜 (ｲ) 浸透圧
問2． (1) B (2) A (3) A (4) A (5) B
問3． (あ) 電気泳動 (い) 塩析 (う) 親水コロイド
問4．得られた溶液を半透膜に包み，純水中につけておくと小さな分子やイオンは半透膜を通って純水中に拡散していくことによりコロイド溶液を精製する操作。
問5．ナトリウムイオンはネオン型の電子配置でK殻とL殻に電子が配置されている。一方，塩化物イオンはアルゴン型の電子配置でM殻にも電子が配置されているため，塩化物イオンの方が大きい。
問6．イオンは水溶液中では，イオンの周囲を水分子が取り巻いた水和イオンとなっており，半透膜の穴よりも大きな粒子となっているため。
■2013 近畿大学 理工 建築 薬 農 生物理工 工 産業理工
(3) 浸透圧に関する次の文A～Dのうちで，正しいものをすべてあげると 36 である。
A 点滴や注射の際に用いられるリンゲル液は，体液と同じ浸透圧をもつ。
B 赤血球を水に入れると赤血球が縮む。
C 半透膜を隔てて海水と水を入れ，海水側に浸透圧以上の圧力を加えると，海水中の水分子が半透膜を通って水側に移動する。
D 浸透圧は，デンプンやタンパク質のような高分子化合物の分子量測定に用いられる。
35 ， 36 に対する解答群
① A ② B ③ C ④ D
⑤ AとB ⑥ AとC ⑦ AとD ⑧ BとC
⑨ BとD ⑩ CとD ⑪ AとBとC ⑫ AとBとD
⑬ AとCとD ⑭ BとCとD
■慶應義塾大学 医
海水の淡水化法のひとつとして，半透膜の両側に海水と真水を置き，海水側に圧力を掛けることによって真水を製造する方法がある。
(1) この方法の名称を答えなさい。
(2) 海水が重量濃度3.00％のNaCl水溶液(密度1.00g/cm3)のみで構成されているとして，淡水化に必要な最低圧力を答えなさい。
ただし，浸透圧(?)はファントホッフの式：?＝cRT(ただし，cは水溶液のモル濃度，Rは気体定数，Tは温度)により与えられるものとする。25℃として計算しなさい。
答え
(1) 逆浸透圧法
■2012 日本大学 2/2,Ａ方式(第１期) 生物資源科
5．次の用語の組み合わせのうち，互いの関連が適切でないのは 5 である。
<解答群>
① 再生繊維 レーヨン
② 海水淡水化 逆浸透
③ ブリキ スズ
④ コンクリート 鉄による補強
⑤ 炭素繊維 高い強度
⑥ 燃焼排ガス 硫化水素
⑦ 生活排水 BOD
⑧ 炎色反応 花火
■2012 弘前大学 教育 理工 農学生命科
問 セロハン膜を利用して海水から純水を調製するにはどのようにすればよいかを説明せよ。
★☆★⑥ イオン交換膜に関する問題★☆★
■2010 早稲田大学 人間科
問 (a)に－N＋(CH3)3OH－などの塩基性の官能基を導入した高分子化合物や(b)のようなイオン交換樹脂の用途として，最も適切なものを①～⑧から二つ選びなさい。
① 塗料 ② 歯科の治療用材料
③ 接着剤 ④ 海水の淡水化
⑤ 砂漠緑化の保水材 ⑥ アミノ酸の分離
⑦ 防水材 ⑧ 生分解性ポリマー
答え
④，⑥
■2012 北里大学 薬
次の文を読み，問 13 ～ 15 に答えよ。 13 ～ 15 につき，それぞれ答を一つずつ選び，解答用紙にマークすること。
図1(略)は，海水から淡水を作ったり，海水から塩化ナトリウムを濃縮したり，海水から有害な重金属イオンを除去する装置である。
陽イオン交換膜と陰イオン交換膜で交互に仕切った電解槽Ⅰ～Ⅴがあり，電解槽Ⅱ，Ⅳには海水を満たし，電解槽Ⅰ，Ⅲ，Ⅴには水を満たした。
この装置では一価のイオンは通過するが二価以上のイオンは通さないタイプのイオン交換膜を使用した。
陽極に炭素電極を，陰極に鉄電極を用いて電気分解を行うと，陰極では水素の発生が，陽極では主に塩素が発生し，酸素の発生も見られた。
13 通電後，電解槽Ⅰ，Ⅲで得られる水溶液の組合せとして，最も適切なものはどれか。
電解槽Ⅰ 電解槽Ⅲ
(1) 希塩酸 塩化マグネシウム水溶液
(2) 希塩酸 塩化ナトリウム水溶液
(3) 水酸化ナトリウム水溶液 塩化ナトリウム水溶液
(4) 水酸化ナトリウム水溶液 塩化マグネシウム水溶液
(5) 水酸化マグネシウム水溶液 塩化マグネシウム水溶液
(6) 水酸化マグネシウム水溶液 塩化ナトリウム水溶液
(7) 希硫酸 塩化ナトリウム水溶液
(8) 希硫酸 塩化マグネシウム水溶液
14 陽極，陰極いずれの電極も銅に交換した時に見られる現象として，最も適切なものはどれか。
(1) 陽極から塩素が発生し，陰極から水素が発生する。
(2) 陽極の銅がイオンとなって溶解し，陰極から水素が発生する。
(3) 陽極から塩素が発生し，陰極の銅がイオンとなって溶解する。
(4) 陽極から酸素が発生し，陰極から水素が発生する。
(5) 陽極から酸素が発生し，陰極の銅がイオンとなって溶解する。
■2009 宮崎大学 2/25,前期日程 教育文化 工 農
(3) イオン交換樹脂の用途として，適切なものを2つ選んで，その記号を記せ。
(a) 砂漠緑化の保水材 (b) 海水の淡水化
(c) 導電性ポリマー (d) 純粋な水の製造
(e) 吸水材 (f) 生分解性プラスチック
(g) 乾燥剤
① 物質の種類に関する問題,② 分離・実験装置に関する問題
については
「純物質と混合物 分離に関する問題 完全攻略チャート＆過去問解説集」
で詳しく解説しています。
④ 溶液の濃度に関する問題
については
「溶液の濃度に関する問題 完全攻略チャート＆過去問解説集」
で詳しく解説しています。
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Q.次の物質を、海水に含まれる量が多い順に並べ替えなさい。
1.水 2.塩化ナトリウム 3.塩化マグネシウム 4.硫酸カルシウム
どうでしょうか？
うーん…、この問題,厳密には問題があります。
海水中に存在するのは,イオンの状態であって,塩化カルシウムや塩化マグネシウムなどの塩(えん)として存在しているわけではありません。
塩は蒸発させたときに残る固体です。
よって,厳密には
「混合物である海水がどのような純物質から構成されているか。多い順に並べよ。」
としなければいけないでしょう。ちょっと苦しいですが。
一応、答えは,
1.水⇒2.塩化ナトリウム⇒3.塩化マグネシウム⇒4.硫酸カルシウムの順となります。
(水＝96.6%,塩分3.4％(塩化ナトリウム＝77.9%,塩化マグネシウム＝9.6%,硫酸カルシウム＝4.0%,その他) wikipediaより)
前回に続いて,大学の入試問題では,海水に関してどんな問題が出題されているのか,データベースソフトを用い調べてみました。
分析の結果,おおまかに分類すると
① 物質の種類に関する問題
② 分離・実験装置に関する問題
③ セッケンの洗浄力に関する問題
④ 溶液の濃度に関する問題
⑤ 浸透圧に関する問題
⑥ イオン交換膜に関する問題
の６つになりました。
①のポイントは
海水は混合物である！ということ。
純物質……１種類の物質からなる物質。
混合物……純物質が２種類以上混じり合ってできた物質。
純物質は,さらに単体と化合物に分けられる。
単体……１種類の元素で構成されている物質。例……C,O2,N2,Ag
化合物…２種類以上の元素で構成されている物質。例……H2O,NaCl,CH4
★純物質と混合物の見分け方のポイント
① １つの化学式で表せるものが純物質となる。例えば,海水は,水(H2O),塩化ナトリウム(NaCl), 塩化マグネシウム(MgCl2)などからなるので混合物と判断できる！
② 融点・沸点が一定の値を示す物質は,純物質。一定の値を示さない物質は混合物。
混合物の融点・沸点は,成分物質の混合の割合によって変わる！
②のポイントは
海水から純粋な水を取り出す操作は蒸留となること。
蒸留とは？
液体を含む混合物を加熱し,沸騰させてできる蒸気を冷却することにより,液体を分離する操作を蒸留という。
特に,２種類以上の液体の混合物を,沸点の違いを利用して物質ごとに分離する操作を分留という。
例えば,蒸留は,海水から水を取り出す場合,溶けている塩化ナトリウムNaClなどは蒸発しないが,水は蒸発するため,水を分離することができる。
③のポイントは
セッケンはMg2＋やCa2＋と反応して水に不溶な塩をつくるため，硬水や海水を用いるとセッケンの洗浄力は低下するということ。
④⑤⑥については,長くなるので別の機会に解説します。
では,実際に出題された入試問題のごく一部を紹介します。
★☆★① 物質の種類に関する問題★☆★
■2012 立命館大学 2/3,理系Ａ方式 理工 情報理工 生命科 薬
・文章中の下線部(c)について，物質を分離・精製する方法には蒸留の他にもいろいろな方法がある。
混合物の分離・精製に関する文章のうち正しいものを下の選択肢からすべて選び，その番号を解答用紙にマークせよ。
① 再結晶は，有機化合物の精製には適用できない。
② 抽出により，食塩とナフタレンの混合物からナフタレンをとり出すことができる。
③ 抽出により，アニリンとフタル酸の混合物からそれぞれの化合物を分離することはできない。
④ クロマトグラフィーにより，o-キシレンとフェノールの混合物からそれぞれの化合物を分離することができる。
⑤ 蒸留により，エタノールと海水の混合物からエタノールをとり出すことはできない。
⑥ 昇華により，ナフタレンとベンゼンの混合物からナフタレンをとり出すことができる。
答え
②，④
■2012 明治大学 一般 農
・以下の文章(ｱ)～(ｴ)の目的に適する分離方法の組み合わせは ① である。
(ｱ) 少量の塩化ナトリウムを含む硝酸カリウムの水溶液から純粋な硝酸カリウムを精製する。
(ｲ) 海水から純粋な水を取り出す。
(ｳ) ナフタレンと塩化ナトリウムの混合物からナフタレンを液体の状態を経ずに分離する。
(ｴ) ヨウ素を含むうがい薬からヘキサンを用いてヨウ素を分離する。
①
(ｱ) (ｲ) (ｳ) (ｴ)
A 昇 華 ろ紙によるろ過 蒸 留 昇 華
B 昇 華 抽 出 蒸 留 抽 出
C 再結晶 抽 出 昇 華 蒸 留
D 抽 出 ろ紙によるろ過 抽 出 蒸 留
E 再結晶 蒸 留 昇 華 抽 出
F 抽 出 蒸 留 抽 出 昇 華
答え
(3) E
■2012 東邦大学 理
・次の(ｱ)～(ｳ)の混合物から[ ]内に示した純物質を取り出すのにもっとも適した方法を，以下の(a)～(e)からそれぞれ一つずつ選び記号で答えよ。
(ｱ) 海水[水] (ｲ) お茶[カフェイン]
(ｳ) 少量の塩化ナトリウムを含む硝酸カリウム[硝酸カリウム]
(a) ろ過 (b) 蒸留 (c) 再結晶 (d) 昇華 (e) 抽出
■2009 東京理科大学 理工
・次の(ｱ)～(ｼ)に最も適当なものをＡ欄から選びなさい。
海水から真水を作るとき，まず砂や固体浮遊物を (ｱ) により分離する。得られた液体は真水と同じように見えるが，その中には各種無機塩類が溶解している。このことは例えば，この液体に (ｲ) 水溶液を1，2滴落とすと白い (ｳ) の沈殿が見られ，
さらに，この液体を白金線に付けてガスバーナーの外炎に入れると (ｴ) による黄色の (ｵ) が見られることから確認できる。
次にそれら無機塩類を除くために，図の装置で (ｶ) をおこなう。図中の器具Aは (ｷ) ，器具Bは (ｸ) 冷却器，器具Cは (ｹ) という。
図中の温度計の球部は，ⅰ～ⅲの中の (ｺ) の高さに置く。加熱するときに守るべきことは (ｻ) ことである。また，冷却器の使用方法で守るべきことは
(ｼ) ことである。この操作によって海水中の水は蒸発して水蒸気になり，冷却器で冷やされてほぼ純粋な水が得られる。
Ａ 欄
01 ⅰ 02 ⅱ
03 ⅲ 04 アジャスター
05 アダプター 06 アンモニア
07 カリウム 08 キップ
09 ナトリウム 10 フェーリング液
11 ベックマン 12 マグネシウム
13 メスフラスコ 14 リービッヒ
15 レトルト 16 枝つきフラスコ
17 塩化アンモニウム 18 塩化銀
19 塩化鉄(Ⅲ) 20 塩化ナトリウム
21 炎色反応 22 蛍 光
23 再結晶 24 硝酸銀
25 蒸 留 26 水酸化鉄(Ⅲ)
27 水酸化銅(Ⅱ) 28 炭酸カルシウム
29 沈 殿 30 抽 出
31 沸 騰 32 分 留
33 丸底フラスコ 34 硫酸銅(Ⅱ)
35 リン光 36 ろ 過
37 ガスバーナーの赤い炎で熱する 38 沸騰石を入れて穏やかに沸騰させる
39 はやく蒸発させるために強めに熱する
40 冷却水をaから入れてbから流出させる
41 冷却水をbから入れてaから流出させる
■2013 神戸薬科大学 薬
・海水から水を取り出す操作として適切なものは，次のうちどれか。
(a) ろ過 (b) 昇華 (c) 再結晶 (d) 抽出 (e) 蒸留
■2010 富山県立大学 工
次の文中の( ① )～( ⑥ )に適当な語句を記入せよ。また，( ア )に適当な文章を説明文(a)～(e)から選び記号で答えよ。
純物質は，単体と( ① )に分類される。( ① )はその作り方や存在場所が異なっても，成分元素の質量比は一定である。
これを( ② )の法則といい，1799年にフランスの( ③ )が発見した。
海水から水を分離するには，海水に溶けている物質と水の( ④ )が異なることを利用して( ⑤ )という操作を行うとよい。
そのために，枝付きフラスコに海水を入れて加熱し，発生した水蒸気を冷却器で( ⑥ )させて三角フラスコに集める。
その時の注意事項として誤りを含んだ文章は( ア )である。
(a) 海水の量は枝付きフラスコの容積の3分の1程度にする。
(b) 温度計の先端の球部は枝付きフラスコの底に触れないように海水中に入れる。
(c) 冷却水は下方から上方へ流す。
(d) 急激な沸騰(突沸)を防ぐため，沸騰石を入れておく。
(e) 枝付きフラスコはバーナーで直接加熱せず，間に金網を入れる。
答え
① 化合物 ② 定比例 ③ プルースト ④ 沸点 ⑤ 蒸留 ⑥ 疑縮
ア (b)
■2009 京都教育大学 教育
物質は純物質と混合物に分類される。純物質はさらに，単体と化合物に分類される。
次の1)～3)を実現するために，混合物あるいは化合物からある特定の物質を取り出す方法を説明せよ。図を用いて説明してもよい。
ただし，通常の実験室で可能な簡単な実験方法が望ましい。また，取り出した特定の物質を分析して同定する必要はない。
1) 海水から，できるだけ純度の高い水を得る。
2) 酸化鉄から，できるだけ純度の高い鉄を得る。
3) 不純物を含む純度の低い粗銅から，純銅を得る。
★☆★② 分離・実験装置に関する問題★☆★
■ 2012 東京都市大学 工 知識工 環境情報 都市生活
問 ア～エのうち，混合物はどれか。最適な組み合わせを下の①～⑧のうちから1つ選べ。 13
ア ドライアイス イ 牛乳 ウ 海水 エ ダイヤモンド
① アとイ ② アとウ ③ アとエ ④ イとウ
⑤ イとエ ⑥ ウとエ ⑦ アとイとウ ⑧ イとウとエ
答え
④
■2010 自治医科大学 医
・次のうちで，混合物のみ，または化合物のみからなる組み合わせはどれか。
A：オゾン，塩酸，花こう岩 B：石油，石灰水，空気
C：水，ドライアイス，アンモニア D：黒鉛，エタノール，塩化ナトリウム
E：ショ糖，海水，食酢
(ｱ) AとB (ｲ) BとC (ｳ) CとD (ｴ) DとE
(ｵ) AとE
■2012 大阪医科大学 看護
問 単体，化合物，混合物の組み合わせ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。
単体 化合物 混合物
a 酸素 石灰水 青銅
b グルコース セッコウ 海水
c ナトリウム 白金 ヨウ素液
d 水素 ベンゼン 発煙硫酸
e アルミニウム 塩化ナトリウム 次亜塩素酸
■2012 上智大学 理工
私たちの身の回りにある多くの物質は，2種類以上の物質が混じり合ったものであり，このような物質を A という。空気や海水は A である。
問1 文中の A ～ G にあてはまる語句をa)～s)からそれぞれ1つ選べ。該当する選択肢がない場合，あるいは選択肢が複数ある場合は，z欄をマークせよ。
a) 異性体 b) 化合物 c) 希釈 d) 揮発 e) 凝縮
f) 原子 g) コロイド h) 混合物 i) 重合体 j) 純物質
k) 蒸留 l) 精製 m) 単体 n) 単量体 o) 同位体
p) 同族体 q) 同素体 r) 複塩 s) 沸騰
■2010 岩手大学 教育
次の文(ｱ)～(ｶ)のうち，下線部の記述の誤っているものを3つ選び，記号で答えよ。
また，誤りを含む下線部を，それぞれ正しい記述に直せ。
(ｱ) 原子量が約40で，原子核の中性子の数が陽子の数より4個多い原子の原子番号は，18である。
(ｲ) 一酸化窒素と二酸化窒素のように，同じ元素の組み合わせでできている性質の異なる物質を，同素体という。
(ｳ) 食塩は固体状態では電気を通さないが，加熱して融解するとナトリウムと塩素の間で電子が授受されるので，電気をよく通す。
(ｴ) プロパン6.60gを完全燃焼させたとき生じる二酸化炭素は，標準状態で約10.1Lである。
(ｵ) 海水，食塩水，酢酸，硝酸，石油，エタノールのうち，純物質は酢酸とエタノールである。
(ｶ) 酸素分子O2の全電子数はネオン原子Neの電子数と同じなので，O2は安定に存在する。
★☆★③ セッケンの洗浄力に関する問題★☆★
■2010 関東学院大学 人間環境
27～35に当てはまるものを下記の語群①～⑩から選べ。
油脂をけん化して得られる 27 は 28 性部分の炭化水素基と 29 性のイオン部分からなる 30 のナトリウム塩である。
水中でその一部が 31 して弱 32 性を示す。 27 は硬水や海水中ではCa2＋や 33 と結合し水に不溶性の塩を作るので使用できない。
この点を改良したのが合成洗剤である。合成洗剤には 34 のナトリウム塩や，高級 35 の硫酸エステルのナトリウム塩などがある。
[語群]
① アルコール ② セッケン ③ 加水分解 ④ 乳化
⑤ 塩基 ⑥ アルキルベンゼンスルホン酸 ⑦ 親水
⑧ 脂肪酸 ⑨ Mg2＋ ⑩ 疎水
答え
27 ② 28 ⑩ 29 ⑦ 30 ⑧ 31 ③ 32 ⑤ 33 ⑨ 34 ⑥ 35 ①
■2010 立命館大学 薬 情報理工 生命科 理工
セッケン分子は，RCOO－がこのような性質をもっているのでミセルを形成する。
しかし，Ca2＋やMg2＋を多く含む あ や海水では，RCOO－がこれらのイオンと反応して水に溶けにくい塩をつくるので使用できない。
〔1〕 文章中の あ 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。
あ：
① 軟水 ② 界面活性剤 ③ コロイド溶液 ④ 乳濁液 ⑤ 王水 ⑥ 硬水
答え
あ ⑥
■2012 成蹊大学 理工
問 高級脂肪酸のナトリウム塩であるセッケンに関する記述として，誤っているものの組合せを下の①～⑥のうちから一つ選べ。
a セッケンは，水の中に入り込みやすい性質(親水性)のイオンの部分と，水と分離しやすい性質(疎水性)の炭化水素基とからできている。
b セッケンを水に溶かすと，弱酸性を示す。
c 油脂をセッケン水に加えると，油脂はセッケンの親水性部分に囲まれ，細かい粒子となって水の中に分散する。
d セッケンはMg2＋やCa2＋と反応して水に不溶な塩をつくるため，硬水や海水を用いるとセッケンの洗浄力は低下する。
① a・b ② a・c ③ a・d ④ b・c ⑤ b・d ⑥ c・d
★☆★④ 溶液の濃度に関する問題★☆★
■2013 九州工業大学 工 情報工
問 海水中に含まれるすべての塩の質量パーセント濃度は3.4％といわれている。密度1.02g/cm3の海水1.0L中に含まれる塩①の質量[g]を有効数字2桁で答えよ。
■2012 芝浦工業大学 工 システム理工 デザイン工
(ｲ) 海水には様々な物質が溶けていて，海水100g中に溶けている物質の総質量は3.50gである。
そのうち質量パーセントで78.0％が塩化ナトリウムである。海水中に溶解している塩化ナトリウムのモル濃度[mol/L]を有効数字3桁で求めよ。ただし，海水の密度は1.02g/cm3とする。
■2010 中央大学 理工
・海水は質量パーセント濃度3.5％の塩化ナトリウム水溶液とみなすことができる。
27℃でこの塩化ナトリウム水溶液の密度を1.02g/cm3としたとき，そのモル濃度[mol/L]を，有効数字2桁で答えなさい。
★☆★⑤ 浸透圧に関する問題★☆★
■2013 関西学院大学 教育 総合政策 理工
当初， (ｲ) は，コロイド粒子が通過できない膜を用いて研究・利用されてきた。
例えば，(a)コロイド粒子であるタンパク質の精製では， (ｱ) を用いた(b)透析という技術が用いられている。
さらに，現在ではナトリウムイオンや塩化物イオンも通過できないような膜も作製され，海水の淡水化に応用されている。
この膜の穴の大きさは，水分子より数倍大きい。水分子の大きさは約0.38nmである。
一方，(c)塩化物イオンとナトリウムイオンの大きさは，大きい方でも直径が0.33nmで水分子よりも小さい。
それにもかかわらず，(d)この穴は水分子のみを選択的に通過させる。例えば，図の装置(略)において，
(e)Aに食塩水を，Bに純水を入れ， (3) 側に (ｲ) よりも大きな圧力を加えた場合，水分子が (4) 側から (5) 側に向かって (ｱ) を通過し，
食塩水から純水を得ることができる。
問1．文中の(ｱ)，(ｲ)に適切な語句を入れよ。
問2．文中の(1)～(5)にA，Bのどちらかを入れよ。
問3．下線部(a)に関して，タンパク質の精製には透析の他に，タンパク質溶液に(あ)直流電圧をかけるとある電極方向にタンパク質が移動する現象や，
(い)多量の電解質を加えるとタンパク質が沈殿する現象が利用される。タンパク質がコロイド粒子であるために示すこれらの現象をそれぞれ何というか書け。
また，(う)タンパク質は疎水コロイドと親水コロイドのどちらであるかを書け。
問4．下線部(b)に関して，透析とはどの様な操作であるか説明せよ。
問5．下線部(c)に関して，塩化物イオンとナトリウムイオンとではどちらが大きいか，電子配置をもとに説明せよ。
問6．下線部(d)に関して，イオンの大きさより大きな穴が空いているにもかかわらず，水のみがこの膜を通過し，イオンは通過できない理由を説明せよ。
答え
問1． (ｱ) 半透膜 (ｲ) 浸透圧
問2． (1) B (2) A (3) A (4) A (5) B
問3． (あ) 電気泳動 (い) 塩析 (う) 親水コロイド
問4．得られた溶液を半透膜に包み，純水中につけておくと小さな分子やイオンは半透膜を通って純水中に拡散していくことによりコロイド溶液を精製する操作。
問5．ナトリウムイオンはネオン型の電子配置でK殻とL殻に電子が配置されている。一方，塩化物イオンはアルゴン型の電子配置でM殻にも電子が配置されているため，塩化物イオンの方が大きい。
問6．イオンは水溶液中では，イオンの周囲を水分子が取り巻いた水和イオンとなっており，半透膜の穴よりも大きな粒子となっているため。
■2013 近畿大学 理工 建築 薬 農 生物理工 工 産業理工
(3) 浸透圧に関する次の文A～Dのうちで，正しいものをすべてあげると 36 である。
A 点滴や注射の際に用いられるリンゲル液は，体液と同じ浸透圧をもつ。
B 赤血球を水に入れると赤血球が縮む。
C 半透膜を隔てて海水と水を入れ，海水側に浸透圧以上の圧力を加えると，海水中の水分子が半透膜を通って水側に移動する。
D 浸透圧は，デンプンやタンパク質のような高分子化合物の分子量測定に用いられる。
35 ， 36 に対する解答群
① A ② B ③ C ④ D
⑤ AとB ⑥ AとC ⑦ AとD ⑧ BとC
⑨ BとD ⑩ CとD ⑪ AとBとC ⑫ AとBとD
⑬ AとCとD ⑭ BとCとD
■慶應義塾大学 医
海水の淡水化法のひとつとして，半透膜の両側に海水と真水を置き，海水側に圧力を掛けることによって真水を製造する方法がある。
(1) この方法の名称を答えなさい。
(2) 海水が重量濃度3.00％のNaCl水溶液(密度1.00g/cm3)のみで構成されているとして，淡水化に必要な最低圧力を答えなさい。
ただし，浸透圧(?)はファントホッフの式：?＝cRT(ただし，cは水溶液のモル濃度，Rは気体定数，Tは温度)により与えられるものとする。25℃として計算しなさい。
答え
(1) 逆浸透圧法
■2012 日本大学 2/2,Ａ方式(第１期) 生物資源科
5．次の用語の組み合わせのうち，互いの関連が適切でないのは 5 である。
<解答群>
① 再生繊維 レーヨン
② 海水淡水化 逆浸透
③ ブリキ スズ
④ コンクリート 鉄による補強
⑤ 炭素繊維 高い強度
⑥ 燃焼排ガス 硫化水素
⑦ 生活排水 BOD
⑧ 炎色反応 花火
■2012 弘前大学 教育 理工 農学生命科
問 セロハン膜を利用して海水から純水を調製するにはどのようにすればよいかを説明せよ。
★☆★⑥ イオン交換膜に関する問題★☆★
■2010 早稲田大学 人間科
問 (a)に－N＋(CH3)3OH－などの塩基性の官能基を導入した高分子化合物や(b)のようなイオン交換樹脂の用途として，最も適切なものを①～⑧から二つ選びなさい。
① 塗料 ② 歯科の治療用材料
③ 接着剤 ④ 海水の淡水化
⑤ 砂漠緑化の保水材 ⑥ アミノ酸の分離
⑦ 防水材 ⑧ 生分解性ポリマー
答え
④，⑥
■2012 北里大学 薬
次の文を読み，問 13 ～ 15 に答えよ。 13 ～ 15 につき，それぞれ答を一つずつ選び，解答用紙にマークすること。
図1(略)は，海水から淡水を作ったり，海水から塩化ナトリウムを濃縮したり，海水から有害な重金属イオンを除去する装置である。
陽イオン交換膜と陰イオン交換膜で交互に仕切った電解槽Ⅰ～Ⅴがあり，電解槽Ⅱ，Ⅳには海水を満たし，電解槽Ⅰ，Ⅲ，Ⅴには水を満たした。
この装置では一価のイオンは通過するが二価以上のイオンは通さないタイプのイオン交換膜を使用した。
陽極に炭素電極を，陰極に鉄電極を用いて電気分解を行うと，陰極では水素の発生が，陽極では主に塩素が発生し，酸素の発生も見られた。
13 通電後，電解槽Ⅰ，Ⅲで得られる水溶液の組合せとして，最も適切なものはどれか。
電解槽Ⅰ 電解槽Ⅲ
(1) 希塩酸 塩化マグネシウム水溶液
(2) 希塩酸 塩化ナトリウム水溶液
(3) 水酸化ナトリウム水溶液 塩化ナトリウム水溶液
(4) 水酸化ナトリウム水溶液 塩化マグネシウム水溶液
(5) 水酸化マグネシウム水溶液 塩化マグネシウム水溶液
(6) 水酸化マグネシウム水溶液 塩化ナトリウム水溶液
(7) 希硫酸 塩化ナトリウム水溶液
(8) 希硫酸 塩化マグネシウム水溶液
14 陽極，陰極いずれの電極も銅に交換した時に見られる現象として，最も適切なものはどれか。
(1) 陽極から塩素が発生し，陰極から水素が発生する。
(2) 陽極の銅がイオンとなって溶解し，陰極から水素が発生する。
(3) 陽極から塩素が発生し，陰極の銅がイオンとなって溶解する。
(4) 陽極から酸素が発生し，陰極から水素が発生する。
(5) 陽極から酸素が発生し，陰極の銅がイオンとなって溶解する。
■2009 宮崎大学 2/25,前期日程 教育文化 工 農
(3) イオン交換樹脂の用途として，適切なものを2つ選んで，その記号を記せ。
(a) 砂漠緑化の保水材 (b) 海水の淡水化
(c) 導電性ポリマー (d) 純粋な水の製造
(e) 吸水材 (f) 生分解性プラスチック
(g) 乾燥剤
① 物質の種類に関する問題,② 分離・実験装置に関する問題
については
「純物質と混合物 分離に関する問題 完全攻略チャート＆過去問解説集」
で詳しく解説しています。
④ 溶液の濃度に関する問題
については
「溶液の濃度に関する問題 完全攻略チャート＆過去問解説集」
で詳しく解説しています。
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