| Ｄ０２ 化学反応 この問題の努力目標 理解する 技術士試験の問題からは必要最小限の引用にとどめる。（問題）が記されている部分はその引用である。 問題および解答は日本技術士会のホームページより必要に応じて入手してください。 技術士第一次試験の問題 問題番号が赤字のものは、ボーナス問題 H２８年 Ⅰ－４－１ H２７年 Ⅰ－４－１ H２６年 Ⅰ－４－１ H２５年 Ⅰ－４－１ H２４年 Ⅰ－４－１ Ｈ２４年 Ⅰ－４－２ H２３年 Ⅰ－４－２ H２２年 Ⅰ－４－２ H２１年 Ⅰ－４－２ Ｈ２０年 Ⅰ－４－１ H２０年 Ⅰ－４－２ Ｈ１９年 Ⅰ－４－２ Ｈ１８年 Ⅰ－４－２ 同じ問題 Ｈ２８年 Ⅰ－４－１ と H２５年 Ⅰ－４－１ と Ｈ１８年 Ⅰ－４－２ H２７年 Ⅰ－４－１ と H２０年 Ⅰ－４－２ Ｈ２６年 Ⅰ－４－１ と Ｈ２３年 Ⅰ－４－２ H２４年 Ⅰ－４－１ と H２１年 Ⅰ－４－２ H２８年 Ⅰ－４－１ 正答： ④ （解答） ルシャトリエの法則である。 Ｎ２ ＋ ３Ｈ２ → ２ＮＨ３ ＋ 発熱 この反応に当てはめると、 体積が減る反応は圧力を上げると反応は進みやすくなる。 発熱を伴う反応では、反応温度を低くすると反応は進みやすくなる。 ルシャトリエの原理（Ｗｉｋｉｐｅｄｉａ）ではアンモニアを例に、議論が展開されている。 H２７年 Ⅰ－４－１ 正答： ④ （解答） それぞれの化合物を燃焼させた時の化学式を書く。この問題では、使用する酸素や生成する水に係数をつける必要はないが、ここでは正確を期した。 ① ＣＨ４ ＋ ２Ｏ２ → ＣＯ２ ＋ ２Ｈ２Ｏ ② ＣＨ３ＯＨ ＋ １．５Ｏ２ → ＣＯ２ ＋ ２Ｈ２Ｏ ③ Ｃ２Ｈ６ ＋ ３．５Ｏ２ → ２ＣＯ２ ＋ ３Ｈ２Ｏ ④ Ｃ２Ｈ２ ＋ ３Ｏ２ → ２ＣＯ２ ＋ ２Ｈ２Ｏ ⑤ Ｃ２Ｈ５ＯＨ ＋ ３Ｏ２ → ２ＣＯ２ ＋ ３Ｈ２Ｏ ④のエチレンが１モル２８ｇからＣＯ２を２モル生成する。従って、同じ質量の化合物を燃焼させた時には、最も多くのＣＯ２を生成する。 解き方のポイント 与えられた化合物には炭素を１個もったものと２個もったものがある。炭素１個の化合物、あるいは、炭素２個の化合物の中ではそれぞれ分子量の一番小さな化合物が、単位重量当たりより多くのＣＯ２を発生させる。従って、①のメタンか④のエチレンのどちらかが答えである。 ①のメタンは炭素が１個であるから燃焼により発生してくるＣＯ２も１個、従ってメタン１ｇあたりＣＯ２は１／１６モル発生する。同様に④のエチレン１ｇあたりからはＣＯ２は２／２８モル、すなわち１／１４モル発生する。従って、答えは④のエチレンである。 結論としては、わざわざ化学式を書くまでもない。次の表さえ作ればよいことが分かった。
Ｈ２６年 Ⅰ－４－１ 正答： ① （解答） 原子同士が結合するときに結合エネルギーが生まれると考えている。逆に分子を原子に分解するときには結合エネルギーに相当するエネルギーが必要である。 Ｈ－Ｈ → ２Ｈ － ４３６ｋＪ Ｃｌ－Ｃｌ → ２Ｃｌ － ２４３ｋＪ ２Ｈ ＋ ２Ｃｌ → ２ＨＣｌ ＋ ２×４３２ｋＪ 合計すると Ｈ－Ｈ ＋ Ｃｌ－Ｃｌ → ２ＨＣｌ ＋ １８５ｋＪ ここから説明が少し難しくなるが、生成熱は元素の生成熱をゼロとして求める。従って、Ｈ－ＨおよびＣｌ－Ｃｌの生成熱はゼロ。そのＨ－ＨとＣｌ－Ｃｌが反応して１モルのＨＣｌが生じるときに９３ｋＪの発熱があった。（ＨＣｌ＋９３ｋＪ）の合計は反応前と同じエネルギーでゼロであるので、ＨＣｌも持っているエネルギーは－９３ｋＪということになる。マイナス符号が付いているのは反応により安定になったということである。エネルギーを放出しながら低いエネルギー位置に移り、安定化したということである。 Ｈ２４年 Ⅰ－４－１ 正答： ① （解答） 化学反応式を書き直す。 Ｃ＋０．５Ｏ２－ＣＯ ＝１１１ｋＪ 式１ Ｃ＋Ｏ２－ＣＯ２ ＝３９４ｋＪ 式２ Ｈ２＋０．５Ｏ２－Ｈ２Ｏ＝２８６ｋＪ 式３ そして①も書き直す。 ＣＯ＋Ｈ２－Ｃ－Ｈ２Ｏ＝？ｋＪ 式① ②～⑤も同様に書き直して、マトリックスを作る。
このマトリックスからわかることは ？①＝式３－式１ ＝２８６－１１１ ＝＋１７５ｋＪ ？②＝－式１＋式２－式３ ＝－１１１＋３９４－２８６ ＝－３ｋＪ ？③＝式１－式２ ＝１１１－３９４ ＝－２８３ｋＪ ？④＝２×式１－式２ ＝２×１１１－３９４ ＝－１７２ｋＪ ？⑤＝式２－２×式３ ＝３９４－２×２８６ ＝－１７８ｋＪ ※ もっと簡単な解法があります。４分以内で答えに至ります。 Ｈ２４年 Ⅰ－４－２ 正答： ③ （解答） Ａｌ３＋イオンはＡｌが両性金属なので、過剰量の水酸化ナトリウムに溶解します。 両性金属は酸にもアルカリにも溶ける金属という意味で、下の表にあるＡｌ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂの４種類の金属です。 （参考） 過剰の「水酸化ナトリウム水溶液」を加えたときです。
Ｈ２２年 Ⅰ－４－２ 正答： ① （解答） ベンゼンに紫外線を当てながら塩素を反応させると、ベンゼンに３分子の塩素が付加して、ヘキサクロロシクロヘキサン（ベンゼンヘキサクロリド、ＢＨＣ）ができる。 フェノールの酸性は、２,４,６－トリニトロフェノールよりも弱い。 ニトロ基は強力な電子吸引器であり、ベンゼン環の電子密度を小さくすること、また、ニトロ基の電子共役によりフェノールの酸素原子上の電子密度が小さくなることにより、２,４,６－トリニトロフェノール（ｐＫａ ０．３８、別名、ピクリン酸）の酸性は強くなる。フェノールはｐＫａ ９．９５。 「ベンゼン環は置換反応より付加反応が起こりやすい。」は誤り。 付加反応より置換反応が起こりやすい。ベンゼン環のニトロ化などは置換反応の典型である。 「ジクロロベンゼンの構造異性体は５つある。」は誤り。 オルト、メタ、パラの３種類。 「トルエンに濃硝酸と濃硫酸を加えてニトロ化すると、３種類のモノニトロ化合物が生成するが９０％以上はメタ位に結合したニトロトルエンが生成する。」は誤り。 トルエンに付いている置換基であるメチル基はオルト、パラ配向性であるので、ｍ－ニトロトルエンは生じても少量である。 Ｈ２０年 Ⅰー４－１ 正答： ② （解答） ２ＮＨ４Ｃｌ＋Ｃａ（ＯＨ）２ → ＣａＣｌ２＋２Ｈ２Ｏ＋２ＮＨ３↑ 加熱によりＮＨ３が溶液より出てくる ＨＣＯＯＨ＋濃硫酸（Ｈ２ＳＯ４） → Ｈ２ＳＯ４ａｑ＋ＣＯ↑ 硫酸は脱水剤 加熱により反応は進行 ＦｅＳ＋希硫酸（Ｈ２ＳＯ４） → ＦｅＳＯ４＋Ｈ２Ｓ↑ Ｃｕ＋熱濃硫酸（２Ｈ２ＳＯ４） → ＣｕＳＯ４＋２Ｈ２Ｏ＋ＳＯ２↑ ＣａＣＯ３＋濃塩酸（２ＨＣｌ） → ＣａＣｌ２＋ＣＯ２↑ この中で水に溶解し難いガスは一酸化炭素（ＣＯ）です。 （参考） 高校で習う気体の性質
Ｈ１９年 Ⅰ－４－２ 正答： ⑤ （解答） 鉛蓄電池は希硫酸に鉛の電極と二酸化鉛の電極を浸した電池であり、起電力は約２Ｖである。 放電にともない負極において（ａ）の反応が、正極において（ｂ）の反応が生じる。 Ｐｂ＋ＳＯ４２－ → ＰｂＳＯ４＋２ｅ－ （a） ＰｂＯ２＋４Ｈ＋＋ＳＯ４２－＋２ｅ－ → ＰｂＳＯ４＋２Ｈ２Ｏ （b） 放電反応では鉛が酸化され、酸化鉛が還元される。 また、放電により硫酸が硫酸鉛になるとともに、希硫酸の密度は小さくなる。 私たちの認識では、電流は電池のプラス極（正極）からマイナス極（負極）に流れます。これは、私たちがプラスの電荷をもった粒が電池より流れ出ていると考えているためです。ところが電流の元である電子はマイナスの電荷をもっていますので、負極から電子が流れ出て正極に至ると考える必要があります。従って、電子を出す極が負極、電子を受け取る極が正極ということになります。 負極の式（ａ）でＰｂの酸化数は反応により、０→＋２となっています。酸化数と名がついているぐらいですから、この数値が増加すれば酸化です。従って鉛は酸化されます。同様に、正極の式（ｂ）では、Ｐｂの酸化数は＋４→＋２と減少します。従って、ＰｂＯ２は還元されます。 濃硫酸の密度は１．８４。この硫酸成分が反応で消費されていきますので、希硫酸の密度は放電に伴い小さくなっていきます。 鉛蓄電池（Ｗｉｋｉｐｅｄｉａ）には、硫酸濃度は「電解液: 希硫酸（Ｈ２ＳＯ４）濃度：３０－３５％程度を用途別にJISで規定」とあります。 問題一覧表へ戻る |
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