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慶應大学理工学部2016年化学第2問
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解説


反応速度の(1)エが若干発展でそれ以外は普通です。(2)の電気分解は溶質がなくなるケースなので,解いたことなければハマるかもしれません(私の印象だと慶應自身がニッカド電池でこういうのにハマってなかったでしたっけ?)。

(1)
ア:NH3
オストワルト法は硝酸合成で白金触媒,ハーバー法はアンモニア合成で鉄触媒,接触法は硫酸合成で酸化バナジウム(V)とはっきり整理しておきたいです。

イ:NO
NH3→NO→NO2→HNO3の流れは押さえておきましょう。

ウ:P4O10
リンの酸化物で脱水剤といえばこれです。
P4O10 + 12HNO3⇔4H3PO4 + 6N2O5

エ:k[N2O5
化学反応速度の次数は必ずしも係数に一致しませんが,反応が素反応の場合には係数が次数になります(第1段階は自発的分解なので次数は1)。複数の素反応からなる反応は一番遅い素反応(律速段階という)で決まります(流れ作業を考えるとわかりやすいです)。なお,各素反応は次の通りです。
N2O5⇔NO2+NO3
NO2+NO3→NO2+O2+NO
NO+NO3→2NO2

オ:2.40×10-4
濃度変化を時間で割ります。
(0.144-0.0960)/200=2.40×10-4
でもこれ,引き算の時点で有効数字2桁じゃないですか。0.144の後は不明なんで。

カ:2.00×10-3
平均濃度とさっき求めた速度を反応速度式に入れます。
2.40×10-4=k×0.120⇔k=2.00×10-3

キ:
これも速度式にぶち込みます。
1.60×10-4=2.00×10-3・(0.0960+x)/2⇔x=6.40-2

(2)
並列は全体の電気量が分かれてそれぞれの電解槽に行きます。

ク:1.27×10-1
陽極ではO2が発生し(Ptでハロゲン化物イオン無し),陰極ではCuが析出するので,必要な電子は4:2,発生molは逆比になるので,2:1です。22.4mL発生しているので1mmolです。したがって,Cuは2mmolで63.5×2m=127mgです。

ケ:89.6
電解槽2側の流れた電子を全体から電解槽1分引いて求めます。全体は
1158×1.00/96500=12.00mmol
したがって,電解槽2には電解槽1に4.00mmol流れているので,
12.00-4.00=8.00mmol
流れており,陰極ではH2が発生するので,電子の半分です。よって,4.00mmol発生し,
4.00×22.4=89.6mL

コ:11.2
電解槽1に流れた量を全体引く電解槽2で求めます。全体は,
1737×1.00/96500=18.00mmol
電解槽2はNaOHの記述より,電子と当モルであることに着目し,
0.480/40=12.00mmol
となり,
18.00-12.00=6.00mmol
の電子が電解槽1に流れたことになります。陰極ではCuが2.5mmolの析出し,その後の残った1.00mmolの電子でH2が発生するので,
22.4×1/2=11.2mL

サ:1.3
Cuがなくなって以降はただの水の電解なのでpHは変化しません。したがって5mmol分だけ考えると,電子1molにつき,H+が1mol増えるので,
[H+]=5.0×10-3/0.1
⇔pH=-log[H+]=2-0.699=1.301≒1.3


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