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東京大学2014年前期化学第1問I
todai_2014_chem_q1_1.png
todai_2014_chem_q1_2.png
todai_2014_chem_q1_3.png

解説


基本的内容がほとんどです。1gあたりの燃焼熱を計算するのは少し珍しいですが,受験層を考えると特になんの効果もないでしょう。とはいえ,ウで蒸発熱を忘れたり(使えって書いてあるので気づくべきですが),エあたりの理由を上手くかけなかったりで,化学が苦手な層は失点を重ねるかもしれません。ていうか字数制限はやめて欲しいです。昔の行に戻して欲しい感じです。

ア 1.4×102 kJ
(1)は水素1mol当たりであり,水素は1molは2gなので,286÷2=143kJです。

イ 1.2×102 kJ
結合エネルギーによる算出で生成される水は気体で,(1)では液体なので蒸発熱分差が出るから。

結合エネルギーはその結合ひとつを切るのに必要なエネルギーなので,表から(省略した状態は全て気体です)
H2=2H-436kJ
O2=2O-496kJ
2H+O=H2O+2×463kJ=H2O+926kJ

以上を(1)の左辺に代入していきます。
H2+1/2 O2=2H-436kJ+O-248kJ
=H2O+926kJ-436kJ-248kJ
=H2O+242kJ

です。これを1gあたりにするため2で割ると,121kJです。
ちなみにウによると水の蒸発熱は44kJらしいので,足すと燃焼熱はぴったり286kJと(1)に一致します。

ウ 5.6×10 kJ
(1)と(2)をあわせると(気体は状態省略),
CH4+2H2O=4H2+CO2-165kJ
=4(H2O+242kJ-1/2 O2)+CO2-165kJ
=4H2O-1/2 O2+CO2+803kJ
となります。整理すると,
CH4+1/2 O2=2H2O+803kJ
=2H2O(液)+891kJ
となります((1)と同じ液体の状態までします。)。メタンは1molで16gなので16で割ると,約55.7kJです。

エ H原子側
最外殻はLiはL殻でHはK殻であり,小さい半径のH側に電子がある方が低ポテンシャルだから。

基本的に安定な構造をとるようになります(つまり,エネルギーが低い状態になろうとします。)
ここでは主にクーロン力を考えることになるので,電子のポテンシャルエネルギーは”-原子核から受ける電荷/距離”に比例することになります。

また,これを踏まえて共通な部分と異なる部分を考えると,共に原子核が電子に与える影響は+1の電荷分で共通です。何が違うのかというと,最外殻がLiはL殻でHはK殻になるため,電子と原子核の距離に違いがあり,距離が小さいほうがポテンシャルエネルギーも小さくなります。よって,Liの周りを回っているよりも,Hの軌道に入ってしまったほうが安定化することになります。

オ 9.6 mL
図1-1の8分の1の立方体で考えると,1辺が0.2nmであり,水素もリチウムも1/2個入っています。したがって,これが1mol集まると(つまりアボガドロ定数をかける)LiHが1/2 molということになります。つまり水素0.5gなので,2倍すればいいので,
(0.2nm)3・6.0×1023・2=9.6cm3

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テーマ:大学受験 - ジャンル:学校・教育

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