2019年09月28日

高校化学「電気分解」「硫酸銅」(1)解答

高校化学「電気分解」「硫酸銅」

白金電極を用いて、硫酸銅(U)水溶液を1.0Aの電流で40分13秒間電気分解を行った。次の問いに答えよ。

(1) それぞれの電極で起こる変化をイオン反応式で表せ。

問題ページはこちら


まず陰極から考えるとわかりやすいです。

陰極は要するにマイナスなので、水溶液中の陽イオンが陰極付近に集まってきます。
すると、陰極の電子を受け取って、陽イオンが安定した状態になる。
ということができます。


解答解説の続きはこのページ下に掲載します。


センター過去問




硫酸銅(U)水溶液中の陽イオンは、Cu2+なので、陰極では「Cu2+が電子を受け取ってCuになる」反応が起こっているはずです。

つまり陰極での反応は、

Cu2++2e-→Cu

ですね。

次に陽極について考えます。
硫酸銅(U)水溶液中のイオンは、Cu[2+]とSO4[2-](硫酸イオン)ですね。硫酸イオンも陰イオンなので、陽極に接近していきますが、硫酸イオンよりもOH-の方が酸化されやすいので、陽極では水中に常に存在するOH-が反応する。と理解できます。

つまり陽極での反応は、

4OH-→2H2O+O2+4e-

さらに、水溶液中にはH+も一定量存在するのでさらに両辺に4H+を加えると、

4H++4OH-→2H2O+O2+4H++4e-
   4H2O→2H2O+O2+4H++4e-
   2H2O→O2+4H++4e-

となります。


次の問題→(2) この電気分解で流れた電気量は、電子何molに相当するか求めよ。


関連項目
電気分解


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2019年09月27日

高校化学「電気分解」「硫酸銅」

高校化学「電気分解」「硫酸銅」

白金電極を用いて、硫酸銅(U)水溶液を1.0Aの電流で40分13秒間電気分解を行った。次の問いに答えよ。

(1) それぞれの電極で起こる変化をイオン反応式で表せ。

(2) この電気分解で流れた電気量は、電子何molに相当するか求めよ。

(3) 陽極に発生する気体は標準状態で何Lか求めよ。



解答解説はそれぞれの問題文をクリックしてください。


センター過去問





関連項目
電気分解


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2019年09月21日

高校化学「燃料電池」(3)解答

解答(3)★高校化学「燃料電池」

燃料電池について次の問いに答えよ。ただし、一般的な燃料電池の構成は、次のように表される。

(−)Pt・H2|H3PO4aq|O2・Pt(+)

(1) 放電するときに、正極と負極で起こる変化を、それぞれe-を含む式で表せ。
(2) (1)の式を用いて、放電するときの化学反応式を表せ。
(3) 9.65×10^3Cの電気量を得るために消費される水素は、標準状態で何Lか。



問題ページはこちら


(3)の解答解説はこのページ下に掲載します。


センター過去問




(1)より、両極での反応は

正極:O2+4H++4e-→2H2O
負極:H2→2H++2e-

となります。

この式の負極に注目すると、水素1molを消費すると、電子2molが流れることがわかります。
ファラデーの法則により、電子1molの電気量は9.65×10^4Cです。

問題の「9.65×10^3C」は、9.65×10^4の1/10なので、電子0.1molの電気量であることがわかります。

水素1molで電子2molなので、電子0.1molを得るときの水素をxmolとすれば、

1:2=x:0.1
 2x=0.1
  x=0.05

よって、5.00×10^(-2)molの水素を消費することがわかります。

標準状態では1mol=22.4Lなので、求める水素の体積は、

5.00×10^(-2)×22.4=112×10^(-2)=1.12L


関連項目
電池


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高校化学「燃料電池」(2)解答

解答(2)★高校化学「燃料電池」

燃料電池について次の問いに答えよ。ただし、一般的な燃料電池の構成は、次のように表される。

(−)Pt・H2|H3PO4aq|O2・Pt(+)

(1) 放電するときに、正極と負極で起こる変化を、それぞれe-を含む式で表せ。
(2) (1)の式を用いて、放電するときの化学反応式を表せ。
(3) 9.65×10^3Cの電気量を得るために消費される水素は、標準状態で何Lか。



問題ページはこちら


(2)の解答解説はこのページ下に掲載します。


センター過去問




(1)より、両極での反応は

正極:O2+4H++4e-→2H2O
負極:H2→2H++2e-

となります。

これらを連立方程式の要領で、e-を消去すると、

2H2+O2→2H2O

が得られます。
つまり、水素と酸素で水ができる。という反応ですね。


関連項目
電池


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高校化学「燃料電池」(1)解答

解答(1)★高校化学「燃料電池」

燃料電池について次の問いに答えよ。ただし、一般的な燃料電池の構成は、次のように表される。

(−)Pt・H2|H3PO4aq|O2・Pt(+)

(1) 放電するときに、正極と負極で起こる変化を、それぞれe-を含む式で表せ。
(2) (1)の式を用いて、放電するときの化学反応式を表せ。
(3) 9.65×10^3Cの電気量を得るために消費される水素は、標準状態で何Lか。



問題ページはこちら


(1)の解答解説はこのページ下に掲載します。


センター過去問





正極:O2+4H++4e-→2H2O
負極:H2→2H++2e-

正極活物質はO2,負極活物質はH2ですね。
H2が2H+になり、放出された2e-が正極へ移動することで電流が流れ、電池としてのはたらきをする。というわけですね。


関連項目
電池


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高校化学「燃料電池」問題

問題★高校化学「燃料電池」

燃料電池について次の問いに答えよ。ただし、一般的な燃料電池の構成は、次のように表される。

(−)Pt・H2|H3PO4aq|O2・Pt(+)

(1) 放電するときに、正極と負極で起こる変化を、それぞれe-を含む式で表せ。
(2) (1)の式を用いて、放電するときの化学反応式を表せ。
(3) 9.65×10^3Cの電気量を得るために消費される水素は、標準状態で何Lか。



(1)はおいといて、(2)だけは知ってる人も多いと思いますが、(1)を正しく理解しておくことも重要です。
式ができれば、理論化学をちゃんとやってきている人なら(3)は簡単なはずですね!


センター過去問





関連項目
電池
電気分解


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高校化学「電気分解」

高校化学「電気分解」

次の文章の空欄に適語を入れよ。

電解質水溶液などに電極を入れて電流を流し、(@)反応をおこす操作を電気分解という。電池の正極に接続した電極を(A)、負極に接続した電極を(B)といい、(A)では(C)(電子を失う反応)が、Bでは(D)(電子を受け取る反応)がおこる。


解答はこのページ下に掲載します。


センター過去問




@酸化還元,A陽極,B陰極,C酸化,D還元

電解質水溶液などに電極を入れて電流を流し、酸化還元反応をおこす操作を電気分解という。電池の正極に接続した電極を陽極、負極に接続した電極を陰極といい、陽極では酸化(電子を失う反応)が、陰極では還元(電子を受け取る反応)がおこる。


関連項目
電池


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2019年09月19日

高校化学「電池」

高校化学「電池」

電池について次の空欄に適語を入れよ。

電池とは、(@)反応によるエネルギーを、電気エネルギーとして取り出す装置であり、両極間の電位差を電池の(A)という。両極の極板のうち、イオン化傾向が大きい金属は(B)され電解液等に溶け出し陽イオンとなるので負極となり、逆にイオン化傾向が小さい方の金属は正極となる。負極から導線を通った電子は正極に移動し、正極では極板周辺にある酸化剤が極板から電子を受け取り(C)される。
充電できない電池を一次電池、充電して繰り返し使用できる電池を(D)という。



解答はこのページ下に掲載します。


センター過去問




@酸化還元反応,A起電力,B酸化,C還元,D二次電池

電池とは、酸化還元反応によるエネルギーを、電気エネルギーとして取り出す装置であり、両極間の電位差を電池の起電力という。両極の極板のうち、イオン化傾向が大きい金属は酸化され電解液等に溶け出し陽イオンとなるので負極となり、逆にイオン化傾向が小さい方の金属は正極となる。負極から導線を通った電子は正極に移動し、正極では極板周辺にある酸化剤が極板から電子を受け取り還元される。
充電できない電池を一次電池、充電して繰り返し使用できる電池を二次電池という。


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高校化学「鉛蓄電池」

高校化学「鉛蓄電池」

鉛蓄電池について次の空欄に適語を入れよ。

鉛蓄電池は、(@)を電解液とし、負極に(A)、正極に(B)を用いた二次電池である。車のバッテリーなどに使われている。
放電すると両極に(C)が付着し、その分、極板の質量が増加する。充電するとその(C)が(A)と(B)に戻り、その分、極板の質量が減少する。
放電して1molの(A)が(C)になると、e-が(D)mol移動する。


両極での反応式は以下のようになる。
負極:Pb+SO4[2-]⇄PbSO4+2e-
正極:PbO2+4H++SO4[2-]+2e-⇄PbSO4+2H2O



解答はこのページ下に掲載します。


センター過去問




@希硫酸H2SO4aq,A鉛,B酸化鉛(W),C硫酸鉛,D2

鉛蓄電池は、希硫酸H2SO4aqを電解液とし、負極に鉛Pb、正極に酸化鉛(W)PbO2を用いた二次電池である。車のバッテリーなどに使われている。
放電すると両極に硫酸鉛PbSO4が付着し、その分、極板の質量が増加する。充電するとそのPbSO4PbPbO2に戻り、その分、極板の質量が減少する。
放電して1molのPbがPbSO4になると、e-が2mol移動する。

両極での反応式は以下のようになる。
負極:Pb+SO4[2-]⇄PbSO4+2e-
正極:PbO2+4H++SO4[2-]+2e-⇄PbSO4+2H2O



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2019年09月17日

高校化学「ダニエル電池」

高校化学「ダニエル電池」

ダニエル電池について次の空欄に適語を入れよ。

ダニエル電池は、ボルタ電池を、分極が起こらないよう改良したもので、電極はボルタ電池と同じく、負極は(@)、正極は(A)を用いる。
ボルタ電池との主な違いは、両極の間を(B)で仕切り、両極の電解液の混合が起こりにくくなっている点で、負極側の電解液にはZnSO4aqが、正極側の電解液にはCuSO4aqが使われる。

両極での反応は以下のような反応式で表される。
(C):Zn→Zn2++2e-
(D):Cu2++2e-→Cu



解答はこのページ下に掲載します。


センター過去問




@Zn(亜鉛),ACu(銅),B素焼き板,C負極,D正極

ダニエル電池は、ボルタ電池を、分極が起こらないよう改良したもので、電極はボルタ電池と同じく、負極は(@)、正極は(A)を用いる。
ボルタ電池との主な違いは、両極の間を素焼き板で仕切り、両極の電解液の混合が起こりにくくなっている点で、負極側の電解液にはZnSO4aqが、正極側の電解液にはCuSO4aqが使われる。

両極での反応は以下のような反応式で表される。
(C):Zn→Zn2++2e-
(D):Cu2++2e-→Cu


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高校化学「ボルタ電池」

高校化学「ボルタ電池」

ボルタ電池について次の空欄に適語を入れよ。

ボルタ電池は、最も基本的な化学電池で、負極は(@)、正極は(A)で、電解液には(B)を用いる。
両極での反応は以下のような反応式で表される。
(C):Zn→Zn2++2e-
(D):2H++2e-→H2
ボルタ電池では、放電するとすぐに起電力が低下する。この現象を電池の(E)という。


解答はこのページ下に掲載します。


センター過去問




@Zn(亜鉛),ACu(銅),B希硫酸(H2SO4aq),C負極,D正極,E分極

ボルタ電池は、最も基本的な化学電池で、負極はZn、正極はCuで、電解液にはH2SO4aqを用いる。
両極での反応は以下のような反応式で表される。
負極:Zn→Zn2++2e-
正極:2H++2e-→H2
ボルタ電池では、放電するとすぐに起電力が低下する。この現象を電池の分極という。


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2019年09月16日

高校化学「酸化還元」

高校化学「酸化還元」

次の化学反応式において、[ ]の原子が酸化されたか還元されたか答えよ。

4[N]H3+5O2→4NO+6H2O


解答はこのページ下に掲載します。


センター過去問





酸化還元は、酸素や水素、電子の移動によって判断することもできますが、どっちが得たかどっちが失ったかを混乱する人も多いです。
そんなことを考えるよりも、酸化数の変化を考えるとよいです。
とにかく、

・酸化数が増加すれば「酸化」
・酸化数が減少すれば「還元」

です。


4[N]H3+5O2→4NO+6H2O

左辺のNにはHが3つついているので、酸化数は−3です。
右辺のNにはOが1つついているので、酸化数は+2です。
つまり、酸化数は増加しています。
ならば、このNは「酸化された」とわかります。


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2019年09月15日

高校化学「エタノール」「化学反応式」

高校化学「エタノール」「化学反応式」

次の化学反応式を書け。

(1) エタノールにナトリウムを加えると、水素を発生してナトリウムエトキシドを生じる。
(2) エタノールに酢酸と少量の濃硫酸を加えて温めると、酢酸エチルを生じる。


解答はこのページ下に掲載します。


センター過去問





化学反応式なので、原子の数は反応の前後で増加も減少もしないことに気をつけます。組み合わせが変わるだけだから・・・と考えると、知らなくても何とかなる場合もあるはずです。


(1) エタノールにナトリウムを加えると、水素を発生してナトリウムエトキシドを生じる。
ナトリウムエトキシドは、エタノールのHがNaに置換したもの。
2C2H5OH+2Na→2C2H5ONa+H2


(2) エタノールに酢酸と少量の濃硫酸を加えて温めると、酢酸エチルを生じる。
エタノールと酢酸の間で脱水縮合が起こるので、
C2H5OH+CH3COOH→CH3COOC2H5+H2O


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高校化学「炭化水素」「化学反応式」

高校化学「炭化水素」「化学反応式」

次の反応を化学反応式で表せ。

前の問題→炭化カルシウム,エチレンと臭素

(5) アセチレンが重合してベンゼンが生成した。
(6) 約140℃に加熱した濃硫酸にエタノールを加えた。


解答はこのページ下に掲載します。


センター過去問





化学反応式なので、原子の数は反応の前後で増加も減少もしないことに気をつけます。組み合わせが変わるだけだから・・・と考えると、知らなくても何とかなる場合もあるはずです。


(5) アセチレンが重合してベンゼンが生成した。
アセチレンはC2H2,ベンゼンはC6H6だから・・・
3C2H2→C6H6

(6) 約140℃に加熱した濃硫酸にエタノールを加えた。
140℃の場合は、分子間脱水が起こり、ジエチルエーテルが生成します。
2C2H5OH→C2H5OC2H5+H2O

170℃の場合は分子内脱水が起こりエチレンが生じることとセットで覚えておくと良いと思います。


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2019年09月14日

高校化学「炭化水素」「化学反応式」

高校化学「炭化水素」「化学反応式」

次の反応を化学反応式で表せ。

前の問題→メタンと塩素,エタノール

(3) 炭化カルシウムに水を加えた。
(4) エチレンに臭素を付加し、1,2−ジブロモエタンが生じた。


解答はこのページ下に掲載します。


センター過去問





化学反応式なので、原子の数は反応の前後で増加も減少もしないことに気をつけます。組み合わせが変わるだけだから・・・と考えると、知らなくても何とかなる場合もあるはずです。


(3) 炭化カルシウムに水を加えた。
炭化カルシウムに水を加えると、アセチレンが生じます。
CaC2+2H2O→C2H2+Ca(OH)2


(4) エチレンに臭素を付加し、1,2−ジブロモエタンが生じた。
1,2−の部分は、何番目の炭素に特別な構造があるかを示します。この場合は1番目と2番目の炭素に一つずつBrがつくことをあらわするので、
C2H4+Br2→CH2Br−CH2Br


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高校化学「炭化水素」「化学反応式」

高校化学「炭化水素」「化学反応式」

次の反応を化学反応式で表せ。

(1) メタンに塩素を加えて光を照射すると、クロロメタンを生じた。
(2) エタノールと濃硫酸の混合物を約170℃で加熱すると、エチレンが生じた。


解答はこのページ下に掲載します。


センター過去問





化学反応式なので、原子の数は反応の前後で増加も減少もしないことに気をつけます。組み合わせが変わるだけだから・・・と考えると、知らなくても何とかなる場合もあるはずです。


(1) メタンに塩素を加えて光を照射すると、クロロメタンを生じた。
CH4+Cl2→CH3Cl+HCl
クロロメタンはメタンの水素のうち一つが塩素に置換したもの。


(2) エタノールと濃硫酸の混合物を約170℃で加熱すると、エチレンが生じた。
CH5OH→C2H4+H2O
エタノールから水が取れてエチレンが生じる。という反応。硫酸自体は反応の前後で変化しないため、化学反応式には現れない。


次の問題→炭化カルシウム、エチレン


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2019年09月13日

高校化学「芳香族」「カルボン酸」「フェノール」

高校化学「芳香族」「カルボン酸」「フェノール」

サリチル酸についての次の文章の空欄を埋めよ。

サリチル酸は無色の結晶で、−OHと−COOHの両方をもつため、(@)と(A)の両方の性質を示す。
サリチル酸をアセチル化した(B)は、−OH基のHに置換してCOCH3がつくため、(@)の性質が失われる。つまり、塩化鉄(V)水溶液に呈色しなくなる。
サリチル酸をエステル化した(C)は、COOH基のHに置換してCH3がつくため、(A)の性質が失われる。つまり、炭酸水素ナトリウム水溶液に溶解しなくなる。
(B)は(D)に、(C)は消炎鎮痛用塗布剤に使われる。



解答はこのページ下に掲載します。


センター過去問





@フェノール,Aカルボン酸,Bアセチルサリチル酸,Cサリチル酸メチル,D解熱鎮痛剤

サリチル酸は無色の結晶で、−OHと−COOHの両方をもつため、フェノールとカルボン酸の両方の性質を示す。
サリチル酸をアセチル化したアセチルサリチル酸は、−OH基のHに置換してCOCH3がつくため、フェノールの性質が失われる。つまり、塩化鉄(V)水溶液に呈色しなくなる。
サリチル酸をエステル化したサリチル酸メチルは、COOH基のHに置換してCH3がつくため、カルボン酸の性質が失われる。つまり、炭酸水素ナトリウム水溶液に溶解しなくなる。
アセチルサリチル酸は解熱鎮痛剤に、サリチル酸メチルは消炎鎮痛用塗布剤に使われる。



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2019年09月12日

高校化学「芳香族」「カルボン酸」

高校化学「芳香族」「カルボン酸」

芳香族カルボン酸についての次の文章の空欄を埋めよ。

・水に少し溶けて(@)を示す。(@)なので、塩基と(A)をする。
・(B)水溶液に溶け、二酸化炭素を生じる。
・アルコールと脱水縮合し、(C)を生成する。
・最も基本的な芳香族カルボン酸は安息香酸C6H5COOH



解答はこのページ下に掲載します。


センター過去問





@酸性,A中和反応,B炭酸水素ナトリウム,Cエステル

・水に少し溶けて酸性を示す。酸性なので、塩基と中和反応をする。
炭酸水素ナトリウム水溶液に溶け、二酸化炭素を生じる。
・アルコールと脱水縮合し、エステルを生成する。
・最も基本的な芳香族カルボン酸は安息香酸C6H5COOH


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2019年09月11日

高校化学「芳香族」「ベンゼン」

高校化学「芳香族」「ベンゼン」

ベンゼンについての説明の空欄を埋めよ。

ベンゼンはC6H6の化学式で表され、常温で液体(沸点80℃)であり、有機溶媒として用いられることも多い。水には(@)、特異臭、無色、有毒である。ベンゼン分子の原子は全て同一平面上にあり、(A)の形状をしているため無極性分子である。
アルケンやアルキンに比べて、(B)を起こしやすい。空気中では多量のすすを出して燃焼する。



センター過去問





@難溶,A正六角形,B置換反応

ベンゼンはC6H6の化学式で表され、常温で液体(沸点80℃)であり、有機溶媒として用いられることも多い。水には難溶、特異臭、無色、有毒である。ベンゼン分子の原子は全て同一平面上にあり、正六角形の形状をしているため無極性分子である。
アルケンやアルキンに比べて、置換反応を起こしやすい。空気中では多量のすすを出して燃焼する。


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高校化学「芳香族」「フェノール」「クメン法」

高校化学「芳香族」「フェノール」「クメン法」

クメン法についての説明の空欄を埋めよ。

クメン法とは、(@)の工業的製法のことであり、ベンゼンを原材料とし、副生成物は(A)である。
ベンゼンに(B)を作用させ、クメンを得る。
→クメンを酸化し、(C)を得る。
→(C)に硫酸を反応させ、(@)と(A)が得られる。



センター過去問





@フェノール,Aアセトン,Bプロペン,Cクメンヒドロペルオキシド

クメン法とは、フェノールの工業的製法のことであり、ベンゼンを原材料とし、副生成物はアセトンである。
ベンゼンにプロペンCH3CH=CH2を作用させ、クメンを得る。
→クメンを酸化し、クメンヒドロペルオキシドを得る。
クメンヒドロペルオキシドに硫酸を反応させ、フェノールアセトンが得られる。


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こんなヤツです
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