— 18 —
化 学
第1問
次のⅠ，Ⅱの各問に答えよ。必要があれば以下の値を用いよ。
log 10 2 = 0.30 log 10 3 = 0.48 log 10 5 = 0.70
Ⅰ 次の文章を読み，問ア～カに答えよ。
市販の水酸化ナトリウムは白色の小球状をしており，①湿った空気中に置いておくとその表面が濡れてくる。また空気中で速やかに二酸化炭素を吸収する。
日本薬局方によれば 1 m o l · L − 1
「水酸化ナトリウム約 42 g 950 m L 1.5 g 25 m L
③上記の手順で調製した水酸化ナトリウム水溶液を用いて，濃度不明の酢酸水溶液 100 m L 20 m L
（注） アミド硫酸は右の構造式をもつ一価の酸である。
— 19 —
〔問〕
ア 下線部①の現象を何と呼ぶか。
イ 下線部②について，沈殿が生じる化学反応式を書き，なぜこのような操作が必要なのか50字から100字程度で記せ。
ウ アミド硫酸 1.444 g 15.20 m L
エ 下線部③について，水酸化ナトリウム水溶液 10 m L 1.8 × 10 − 5 m o l · L − 1
オ 電離定数 4.0 × 10 − 4 m o l · L − 1
H A ⇌ H + + A − H A A −
カ 下線部③で記した滴定にpH指示薬Xを用いることが適当かどうか，オの結果をもとにして理由とともに50字から100字程度で記せ。
— 20 —
Ⅱ 次の文章を読み，問キ～サに答えよ。
ファントホッフは，図1—1に示すような仮想的な反応箱中での気体分子の化学反応を理論的に考察し，④気体反応の濃度平衡定数が温度のみに依存することを示した。
ファントホッフの考察に関連して，以下に（1）式で表される気体分子の反応を例として，反応箱への気体分子の出し入れ操作を説明する。ここで，A，BおよびCは3種類の異なる分子の化学式を表す。ただし，反応（1）は反応箱中でのみ進行するものとする。また，気体は理想気体とみなせるものとする。
A + 2 B ⇌ 2 C ( 1 ) 反応箱中には分子A，BおよびCの混合気体が含まれており，反応箱とシリンダは一定温度 T 〔 K 〕
図1—1 ファントホッフの反応箱 以下に示すような手順によって，左側の2つのシリンダAおよびB内の気体を反応箱に導入し，反応箱から右側のシリンダC内へ気体を移すことを考える（図1—2）。
— 21 —
準備 図1—2（a）に示された状態を始めの状態とする。すなわち，シリンダAおよびB内にはそれぞれ 1 m o l 2 m o l V A V B 〔 L 〕 K
操作1 左側の2つのピストンを押し込んで，シリンダAおよびB内の気体を全て反応箱に移動させる（図1—2（b））。なお，反応箱中での反応は十分に遅く，この操作の直後では，反応箱中の混合気体は平衡状態にはないものとする。
操作2 反応箱中の混合気体が平衡状態となるのを待ってから，右側のピストンを引き出してシリンダC内に 2 m o l
— 22 —
図1—2 反応箱の状態 — 23 —
〔問〕
キ 下線部④に関連して，化学反応が化学平衡の状態にあるとき，反応物質の濃度と生成物質の濃度との間には，温度が一定ならば一定の数量関係がある。この法則名を記せ。
ク 操作1の終了後，十分長い時間が経過すると反応箱中の混合気体は平衡状態になる。（1）式で表される反応はどちら向きに進行したか，判断理由となる原理の名称とともに50字から100字程度で記せ。
ケ 操作2が終了したとき，反応箱中の混合気体は平衡状態となっている。反応箱中の混合気体の平衡は，始めの状態と操作2の後ではどのような関係にあるか，下記の選択肢（ⅰ）～（ⅲ）の中から適切なものを選べ。また，それが適切であると考えた理由を50字から100字程度で記せ。
図1—2（a）と比べると，図1—2（c）における平衡混合気体では，式（1）において，
（ⅰ） 平衡が左に移動している。
（ⅱ） 平衡がどちら側にも移動していない。
（ⅲ） 平衡が右に移動している。
コ 下線部⑤で与えられているシリンダの体積 V A V B K V C
サ （1）式で表される反応が反応箱中で平衡状態に達した後，温度を上昇させると反応は左向きに進行して新たな平衡状態に達した。右向きの反応を正反応とするとき，正反応は吸熱反応であるか発熱反応であるか，50字以内の理由とともに記せ。
— 24 —
第2問
次のⅠ，Ⅱの各問に答えよ。必要があれば以下の値を用いよ。
C u
Ⅰ 次の文章を読み，問ア～カに答えよ。
レアメタルや貴金属等はさまざまな製品に幅広く用いられており，それらの希少性・重要性から多くのリサイクル技術が開発されている。通常，製品には複数の金属が混在しており，目的とする金属を回収するには，溶解，沈殿，溶媒抽出，電解精錬など複数の化学操作が用いられる。
まず溶解と沈殿の例として，金と銀を含む固体（固体A）からの金と銀の回収を考える。最初に固体Aに濃硝酸を加えてろ過する。このろ液に少量のアンモニア水を加えると，褐色を呈する a の沈殿が生じ，一方の金属を回収することができる。また，このろ過操作で残った固体を取り出して，2種類の酸 b と c を加えて再びろ過すると，もう一方の金属が溶解したろ液を得ることができる。
金属の純度をさらに高めるために，溶媒抽出法が用いられる。溶媒抽出法では，混ざり合わない2つの液体，例えば水と極性の小さい有機溶媒を振り混ぜて目的成分を一方の液相に抽出する。特に金属の抽出操作では，キレート剤を用いる。キレート剤とは1つの分子中に金属イオンへ配位できる原子を2つ以上持つ試薬である。
— 25 —
例として，キレート剤である8-キノリノール（HQと表記）によるインジウムイオン（I n 3 + Q − H +
図2—1 HQの電離平衡 また，分配の平衡定数 K 2 [ H Q ] 有機層 [ H Q ] 水層 K 2 = [ H Q ] 有機層 / [ H Q ] 水層 I n 3 + I n 3 +
純度の向上には電解精錬も用いられる。ここでは銅の電解精錬を考える。純度が低い粗銅で構成される陽極（アルミニウム，銀，鉄を含む）と，純銅で構成される陰極とを体積 2.0 L 0.30 V 112.0 g 110.0 g 0.020 m o l · L − 1
— 26 —
〔問〕
ア a にあてはまる化学式と b ，c にあてはまる物質名を記せ。
イ a の沈殿に過剰のアンモニア水を加えるとイオンとして溶解する。このイオンの化学式を記せ。
ウ I n 3 + D = [ H Q ] 有機層 / ( [ H Q ] 水層 + [ Q − ] 水層 ) [ H + ] 水層 K 1 K 2
エ 下線部①に関して，生成する錯体の構造を記せ。なお，I n 3 + I n 3 +
オ 下線部③に関して，陽極泥を構成する金属元素を沈殿した理由とともに記せ。
カ 下線部②に関して，陽極の減少量 112.0 g
— 28 —
Ⅱ 元素に関する以下の文章を読み，問キ～シに答えよ。
元素を太陽系における物質量が大きい順に並べると，水素，d ，酸素，炭素，窒素となる。d は第 e 族元素に属し，イオン化エネルギーが全ての元素の中で最も大きい。一方，酸素のイオン化エネルギーは，第2周期元素の平均値に近い。酸素の同素体であるオゾンは，成層圏で太陽からの紫外線を吸収し，地球表層の生物を紫外線の有害な作用から保護している。生物や化石燃料の主要構成元素である炭素の同位体のうち，質量数 f の同位体は，半減期（半分が放射壊変して別の同位体に変化するのに要する時間）が5730年の放射性同位体で，考古学試料などの年代測定に用いられている。大気中の二酸化炭素に含まれる放射性炭素の比率はほぼ一定であるが，④地球に到達する宇宙線強度の変化，化石燃料の使用，1945年以降の核実験の影響などによって変動してきた。窒素は空気の約8割を占め，アミノ酸をはじめとする多くの生体物質に含まれており，生命活動を支える重要な元素の1つである。
〔問〕
キ d にあてはまる元素名と e ，f にあてはまる数値を記せ。
ク 第 e 族，第3周期の元素は，80 K 0.526 n m 2 = 1.41 3 = 1.73 5 = 2.24
ケ クで述べたように，第 e 族，第3周期の元素の結晶は低温条件でなければ存在できないが，同じく第3周期に属する塩素を含む K C l
— 29 —
コ 標準状態で 44.8 L 1.4 L
サ 下線部④の影響により，大気中の二酸化炭素に含まれる放射性炭素の比率は変動してきた。宇宙線強度の増加，および化石燃料の使用は，放射性炭素の比率を増加させるか，減少させるか。それぞれについて記せ。
シ 一般的に分子の形は，共有電子対，非共有電子対，不対電子の間の静電的な反発などの効果を反映して決まる。たとえば水分子は，2つの非共有電子対と2つの O − H
（1） 二酸化窒素
（2） 四酸化二窒素
（3） 三フッ化窒素
（4） アンモニウムイオン
— 30 —
第3問
次のⅠ，Ⅱの各問に答えよ。
Ⅰ 次の文章を読み，航空宇宙・エレクトロニクス分野で重要な役割を果たしているポリマーPに関する問ア～カに答えよ。
ポリマーPは，以下に示す実験1～3により，モノマーM1とM2を原料として合成される。その反応の流れを図3—1にまとめた。
図3—1 実験1～3のまとめ 実験1：モノマーM1の合成
モノマーM1は，テトラメチルベンゼンの位置異性体の1つである化合物Aを出発原料として，二段階で合成される。化合物Aの溶液に過マンガン酸カリウムを加えて 40 ℃ 200 ℃
モノマーM1は，以下の性質を示す。すなわち，モノマーM1に2分子のエタノールを付加させると互いに異性体の関係にある化合物Cと化合物Dを与える。
実験2：モノマーM2の合成
モノマーM2は，図3—2に示す化合物Eを塩化アンモニウム水溶液中で鉄粉を用いて還元することにより合成できる。この反応ではモノマーM2の塩酸塩と鉄の酸化物が生成する。鉄の酸化物の沈殿をろ過により除去したのち，ろ液に濃アンモニア水溶液を加えると，モノマーM2の結晶が析出する。
— 31 —
図3—2 化合物Eの構造式 実験3：ポリマーPの合成
モノマーM1の溶液に等モル量のモノマーM2をゆっくり加えて室温で重合させる。ついで，この重合生成物を 230 ℃
〔問〕
ア テトラメチルベンゼンと呼ばれる化合物に，位置異性体はいくつあるか。
イ 化合物Aの構造式を記せ。
ウ 化合物CとDの構造式を記せ。
エ モノマーM1とモノマーM2の構造式を記せ。
オ 下記の選択肢（1）～（5）から，モノマーM2の性質として適切なものを1つ選べ。
（1） 水酸化ナトリウムと反応してナトリウム塩となる
（2） 硫酸酸性二クロム酸カリウム水溶液で還元される
（3） 次亜塩素酸カルシウム水溶液で酸化される
（4） ヨードホルム反応を示す
（5） フェーリング反応を示す
カ ポリマーPの構造式を記せ。なお，ポリマーの構造式は以下の例にならって繰り返し単位を記すこと。
— 32 —
Ⅱ 今をさかのぼること百年ほど前，東京大学にゆかりのある化学者が，生命現象を化学の視点から理解することに重要な寄与をした。次の文1と文2を読み，問キ～スに答えよ。
〔文1〕 池田菊苗は昆布のうま味成分がL-グルタミン酸ナトリウムであることを明らかにし，味覚の1つとして「うま味」を提唱した。L-グルタミン酸（アミノ酸F）は，小麦に含まれるタンパク質を加水分解することで得られるアミノ酸混合物から分離精製することができる。この方法として，アミノ酸の側鎖の構造を反映して変化する a の違いを利用する電気泳動や，溶質とイオン交換樹脂の相互作用を利用するクロマトグラフィーなどがある。アミノ酸Fをアミノ酸混合物から精製する2つの実験を行った。
実験4：図3—3に示すアミノ酸F，G，Hの混合物からアミノ酸Fを分離するためにpH b の緩衝液を用いて電気泳動を行ったところ，アミノ酸Fのみが c 側へと移動した。
実験5：図3—4に示すように，スルホ基をもつポリスチレン樹脂（イオン交換樹脂）を円筒形のカラムにつめ，アミノ酸F，G，Hの混合物の希塩酸水溶液（pH 2.0）を流した（操作1）。ついで，pH 4.0の緩衝液（操作2），pH 7.0の緩衝液（操作3），pH 11.0の緩衝液（操作4）を順に流し，それぞれの操作における溶出液を三角フラスコA～Cに集めた。フラスコの内容物を分析するとアミノ酸Fはある1つの三角フラスコにだけ含まれていた。
— 33 —
図3—3 L-グルタミン酸（アミノ酸F）およびアミノ酸G，Hの構造式（この表記法において，不斉炭素原子に結合したHは紙面の奥に，N H 2 図3—4 イオン交換樹脂を用いたアミノ酸の分離 — 34 —
〔文2〕 高峰譲吉と上中啓三は，血圧を上げるなどの強い生理作用を示すホルモンであるアドレナリンの結晶化に世界で初めて成功し，医薬品として世に出した。アドレナリンはL-チロシンから4段階の化学反応（反応1～反応4）を経て体内で合成され，副腎髄質から分泌される。これらの化学反応はそれぞれ酵素E1～酵素E4によって促進され，図3—5に示すように，化合物I，J，Kを経てアドレナリンが合成される。なお，化合物I，J，Kのうち少なくとも1つは不斉炭素原子を持たない。また，酵素E2による反応2では，化合物Jに加えて d が生成する。
図3—5 生体内におけるアドレナリンの合成経路 〔問〕
キ a にあてはまる適切な用語を記せ。
ク b および c にあてはまる適切な数字および用語の組み合わせを，下記の選択肢（1）～（6）の中から選べ。
— 35 —
ケ 下線部に関して，実験5における操作1を行った後に，アミノ酸Fがイオン交換樹脂に吸着している様子を構造式で示せ。なお，イオン交換樹脂の構造式は下記のようにベンゼン環とスルホ基だけを示せばよい。また，アミノ酸の立体構造を表記する必要はない。
コ 三角フラスコBおよび三角フラスコCに含まれるアミノ酸の記号をそれぞれ記せ。なお，アミノ酸が含まれない場合には「無」と解答すること。
サ 酵素E1および酵素E3の役割は何か。それぞれについて，下記の選択肢（1）～（6）の中から適切なものを選べ。
（1） 第二級アルコールを生成する
（2） エーテル結合を生成する
（3） カルボキシル基を還元する
（4） カルボキシル基を酸化する
（5） ベンゼン環を酸化する
（6） アミノ基を酸化する
シ d にあてはまる化合物名を記せ。
ス 化合物I，J，Kのうち不斉炭素原子を持たないものはどれか。該当する化合物すべてについて，記号とともに構造式を記せ。
第1問 中和滴定の液をつくる・はかる ／ ファントホッフの箱 答えは東大の正解ではなく、自分で解いて、式とは別の計算で確かめたもの。
問題の読み方 前半Ⅰは、中和滴定に使う水酸化ナトリウム水溶液を「正しくつくって、正しく濃さを決める」話。水酸化ナトリウムは空気中の水や二酸化炭素を吸うので、はかった重さどおりの濃さにはならない。だから、①混ざった炭酸を取りのぞき、②重さを正確にはかれる酸（アミド硫酸）で濃さを決め、③その液で酢酸を滴定する、という順になっている。後半は、滴定の途中の pH と、指示薬（色で pH を知らせる物質）の選び方。
後半Ⅱは、ファントホッフの「反応箱」。1種類の分子だけを通す膜で、箱と3本のシリンダがつながっている。膜の両側で分圧（その気体だけの圧力）がそろうので、シリンダの中の濃さは、いつも箱の中の同じ分子の濃さと等しい。これが計算のかぎ。
使う考え方は、平衡定数 K = [ C ] 2 [ A ] [ B ] 2
ア 固体が空気中の水蒸気を吸って、その水に自分が溶けてしまう現象。水酸化ナトリウムは水をとても強く引きつけるので、湿った空気中に置くと表面がぬれてくる。
この性質のせいで、水酸化ナトリウムの固体をはかっても、水を吸った分だけ重さが正しくない。これが、あとで濃さを別の方法で決め直す理由の1つ。
イ 水酸化ナトリウムは空気中の二酸化炭素を吸って、一部が炭酸ナトリウムになっている：2 N a O H + C O 2 → N a 2 C O 3 + H 2 O
ここに水酸化バリウムを加えると、炭酸イオンがバリウムイオンと水に溶けにくい炭酸バリウムをつくって沈む。かわりに水酸化物イオンが液に残るので、液は NaOH だけになる。「沈殿がもはや生じなくなるまで」は、炭酸イオンを残らず沈めるため。
なぜ炭酸が混ざっていると困るのか。炭酸イオン C O 3 2 − H + H C O 3 − H 2 C O 3
答え N a 2 C O 3 + B a ( O H ) 2 ⟶ B a C O 3 ↓ + 2 N a O H 理由：空気の CO 2 を吸ってできた炭酸ナトリウムが混ざっていると、炭酸イオンは 2 段階で中和されるため、使う指示薬（止める pH）によって要る量が変わり、濃さが正しく決まらない。沈殿にして取りのぞき、NaOH だけの液にするため。
ウ アミド硫酸 H S O 3 N H 2 1.0 + 32.1 + 16.0 × 3 + 14.0 + 1.0 × 2 = 97.1
アミド硫酸の物質量：1.444 97.1 = 1.487 × 10 − 2
これと同じ物質量の NaOH が 15.20 mL に入っていたので
c = 1.487 × 10 − 2 m o l 15.20 × 10 − 3 L ≈ 0.978 m o l / L
はじめに「約 42 g を 950 mL」で 1 mol/L をねらったが、実際は少しうすい。重さでは濃さが決まらないので、こうして決め直す。
エ 中和点まで 20 mL なので、10 mL はちょうど半分を中和したところ。酢酸の半分が酢酸イオン（酢酸ナトリウム）になり、半分は酢酸のまま残っている：[ C H 3 C O O H ] = [ C H 3 C O O − ]
K a = [ C H 3 C O O − ] [ H + ] [ C H 3 C O O H ]
に、分子と分母の2つの濃さが等しいことを入れると、[ H + ] = K a p H = − log 10 K a
− log 10 ( 1.8 × 10 − 5 ) = 5 − log 10 1.8 log 10 1.8 = log 10 2 × 9 10 = 0.30 + 0.96 − 1 = 0.26
答え 4.7 ( pH = − log 10 ( 1.8 × 10 − 5 ) = 4.74 )
オ 指示薬 X の電離定数の式を、pH の形に書きかえる：
p H = − log 10 K + log 10 [ A − ] [ H A ]
− log 10 ( 4.0 × 10 − 4 ) = 4 − 2 log 10 2 = 4 − 0.60 = 3.40
濃度の比が 0.1 から 10 のあいだなので、log 10 − 1 + 1 3.40 ± 1
色が変わって見えるのは、2つの形の片方が他方の10倍をこえないあいだ。この幅がどこにあるかは、指示薬の電離定数で決まる。
カ 酢酸を NaOH で中和しきった中和点では、液は酢酸ナトリウム水溶液。酢酸イオンが水と反応して（加水分解して）O H −
X の色が変わるのは pH 2.4〜4.4 で、中和点よりずっと酸性の側。計算すると、X が変わり終わる pH 4.4 には NaOH 約 6.2 mL（中和の約 3 割）で届いてしまい、中和点の 20 mL では色の変化が何も起きない。
だから X は中和点を知らせられない。この滴定には、pH 8〜10 で色が変わるフェノールフタレインのような指示薬が向く。
答え 適当でない。中和点では酢酸ナトリウムが加水分解して pH は約 9 の弱い塩基性になるが、X は pH 2.4〜4.4 で色が変わるので、中和点よりずっと前（中和の約 3 割）で変わり終わり、中和点がわからない。
キ K = [ C ] 2 [ A ] [ B ] 2
の値がいつも同じになる。反応物と生成物の濃さの間に成り立つこの決まりを、化学平衡の法則（質量作用の法則）と呼ぶ。下線部④の「温度のみに依存する」は、この K
ク 操作1で、A と B を箱に押しこむ。箱の中の A と B の濃さが急に増え、平衡がくずれる。
ルシャトリエの原理より、平衡は増えた A と B を減らす向き、つまり A と B が反応して C ができる向き（右向き）に移る。
式で見ても同じ：押しこんだ直後は [ C ] 2 [ A ] [ B ] 2 K
答え 右向き。ルシャトリエの原理：A と B を加えると、その濃度を減らす向き（A と B が反応して C ができる向き）に平衡が移る。
ケ はじめの状態と比べて、箱に出し入れしたものの合計を数える。入れたのは A 1 mol と B 2 mol、取り出したのは C 2 mol。
これは反応式 A + 2 B → 2 C
だから平衡はどちらにも移っていない。デモで取り出す C を 1 mol にすると、箱の中は右に移ったままで止まる。「もとにもどる」のは、係数どおりの量を出し入れしたときだけ。
答え ( ⅱ ) 理由：入れた A 1 mol・B 2 mol と取り出した C 2 mol は反応式の係数どおりなので、箱の中の各物質の量ははじめと同じ。温度も体積も同じなので濃度も同じで、平衡は移動していない。
コ はじめの状態では、シリンダ A の A 1 mol（体積 V A [ A ] = 1 V A [ B ] = 2 V B
ケより、操作2の後の箱の中の濃さも、はじめと同じ。シリンダ C の中の C の濃さは箱の中の C と等しく、そこに 2 mol が入っているので [ C ] = 2 V C
K = ( 2 / V C ) 2 ( 1 / V A ) ( 2 / V B ) 2 = V A V B 2 V C 2
これを V C
答え [ A ] = 1 V A , [ B ] = 2 V B , [ C ] = K [ A ] [ B ] 2 = 2 V B K V A , V C = 2 [ C ] = V B V A K
サ ルシャトリエの原理より、温度を上げると、平衡は熱を吸収する向き（吸熱反応の向き）に移る。
温度を上げたら左向きに進んだので、左向きが吸熱。だから右向き（正反応）はその逆で、発熱反応。
答え 発熱反応。温度を上げると吸熱の向きに平衡が移る（ルシャトリエの原理）。左へ進んだので左向きが吸熱、右向き（正反応）は発熱。
第2問 金属を取り出す・元素のすがた 答えは東大の正解ではなく、自分で解いて、式とは別の計算で確かめたもの。
問題の読み方 前半Ⅰは、混ざった金属から目的の金属だけを取り出す方法を3つ。金と銀を「酸に溶けるか」で分ける方法、8-キノリノールというキレート剤（1つの分子の2か所以上で金属イオンをつかむ試薬）でインジウムを有機溶媒へ抜き出す方法（溶媒抽出）、そして銅の電解精錬。電解精錬の計算は、陽極で溶けたもの・陰極に出たもの・液の中で増減したもの を、電子の数でつなげて考える。
後半Ⅱは元素いろいろ。ヘリウムとアルゴン（貴ガス）、面心立方格子の原子間距離、オゾンができて体積が減る計算、炭素14（放射性の炭素）による年代測定、分子の形と極性（電気のかたより）。
ア 濃硝酸には銀は溶けるが、金は溶けない。ろ液には A g + A g + O H −
2 A g + + 2 O H − ⟶ A g 2 O + H 2 O
（水酸化銀 AgOH はすぐ水を失って A g 2 O
ろ過で残った固体は金。金は硝酸にも塩酸にも溶けないが、濃塩酸と濃硝酸を 3:1 で混ぜた王水には溶ける。だから b・c は濃塩酸と濃硝酸。
答え a : A g 2 O , b , c : 濃塩酸・濃硝酸（王水）
イ 酸化銀にアンモニア水をたくさん加えると、A g +
A g +
ウ 分配比 D [ Q − ] 水層 [ H Q ] 有機層 [ H Q ] 水層
電離定数（図2—1）より K 1 = [ Q − ] [ H + ] [ H Q ] [ Q − ] 水層 = K 1 [ H Q ] 水層 [ H + ] 水層
D = K 2 [ H Q ] 水層 [ H Q ] 水層 + K 1 [ H Q ] 水層 [ H + ] 水層
[ H Q ] 水層 [ H + ] 水層
塩基性にして [ H + ] Q − D
エ Q − I n 3 + Q − 3 × 2 = 6
電荷は + 3 + ( − 1 ) × 3 = 0
構造式は、In を中心に 8-キノリノールの骨格（ベンゼン環とピリジン環がくっついた形）を3つ置き、それぞれの O と N から In へ点線を引く。O と N と In で5つの原子の輪（五員環）ができる。
答え In 3 + を中心に 3 個の 8-キノリノラートイオン（Q − ）がつき、それぞれの O − と環の N の 2 か所が In と点線（配位結合）で結ばれた構造（In(Q) 3 、配位数 6、電荷 0）
オ 粗銅に入っている金属を、イオン化傾向（陽イオンへのなりやすさ）の順にならべると Al ＞ Fe ＞ Cu ＞ Ag。
陽極では、銅よりイオン化傾向が大きい Al と Fe は、銅といっしょに酸化されて陽イオンとして液に溶け出す。銅よりイオン化傾向が小さい Ag は、0.30 V という低い電圧では酸化されず、まわりの銅が溶けると単体のまま陽極からはがれて下に落ちる。これが陽極泥。
陰極では、液の中でいちばん還元されやすい C u 2 + A l 3 + F e 2 +
答え 銀（Ag）。銅よりイオン化傾向が小さいので、0.30 V の電圧では陽極で酸化されず（溶けず）、単体のまま陽極の下に落ちる。
カ 陰極に出た銅：110.0 63.5 = 1.732 C u 2 +
液の硫酸銅(Ⅱ)は 0.020 × 2.0 = 0.040 1.732 − 0.040 = 1.692
陽極から溶けた銅の質量：1.692 × 63.5 = 107.5
112.0 − 107.5 ≈ 4.5 g
単に「陽極の減り − 陰極の増え ＝ 2.0 g」とすると半分以下になってまちがう。Al や Fe が溶けるときに出した電子のぶん、陽極の銅は溶けずにすみ、そのかわり液の銅が陰極に出ている。液の濃さの減りが、そのずれを教えてくれる。
答え 4.5 g ( 112.0 − 63.5 × ( 110.0 63.5 − 0.020 × 2.0 ) = 4.54 )
キ 太陽系で2番目に多く、イオン化エネルギー（電子を1個取るのに必要なエネルギー）が全元素で最大なのはヘリウム。ヘリウムは貴ガスで、周期表の 18 族。
炭素の同位体（陽子の数が同じで中性子の数がちがう原子）のうち、半減期 5730 年の放射性のものは炭素14（陽子 6・中性子 8）。ふつうの炭素は炭素12。
ク 18 族・第3周期の元素はアルゴン。面心立方格子では、立方体の頂点と各面のまん中に原子がある。
いちばん近い2つの原子は、1つの面の頂点と、その面のまん中の原子。その距離は面の対角線（長さ 2 a
d = 2 2 a = 1.41 × 0.526 2 ≈ 0.371 n m
有効数字2桁にまるめる。1つの原子のまわりに、この距離の仲間が 12 個ある、いちばんぎっしり詰まったならび方の1つ。
答え 2 2 a = 1.41 × 0.526 2 = 0.37 n m
ケ アルゴンは貴ガスで、電子配置が閉じていて（最外殻がうまっていて）ほかの原子と共有結合をつくらない。原子どうしを結びつけるのは、弱いファンデルワールス力（分子間力）だけ。だから、熱運動がとても弱い低温（80 K 以下）でしか結晶になれない。
KCl は、K + C l −
答え アルゴンは貴ガスで、原子どうしは弱いファンデルワールス力（分子間力）でしか結びつかないので低温でしか結晶にならない。KCl は K + と Cl − が強い静電気の力で引き合うイオン結合の結晶なので、室温でも安定。
コ 3 O 2 ⟶ 2 O 3
分子が3個から2個になるので、オゾンが 2 mol できるたびに、気体全体は 1 mol 減る。
減った体積は 1.4 L で、標準状態では 1.4 22.4 = 0.0625 0.0625 × 2 = 0.125
はじめの空気は 44.8 22.4 = 2.00 2.00 − 0.0625 = 1.9375
0.125 1.9375 ≈ 0.0645
有効数字2桁で書く。分母を「反応前の 2.00 mol」にしないように注意。
答え 0.065 ( 減った 1.4 / 22.4 = 0.0625 m o l 、O 3 = 0.125 m o l 、全体 1.9375 m o l )
サ 炭素14 は、上空で宇宙線がつくった中性子が窒素14 にぶつかってできる（14 N + n → 14 C + p
化石燃料（石炭・石油）は、何百万年も前の生物からできていて、そのあいだに炭素14 は壊れてほぼ無くなっている。これを燃やして出る C O 2 C O 2
割合がずれると年代測定もずれる。デモでは、化石燃料の炭素が 10% 混ざった大気で育った木は、約 870 年古く見える。
答え 宇宙線強度の増加：増加させる。化石燃料の使用：減少させる。
シ 分子全体の極性は、結合1本ずつのかたよりを、向きもこめて足し合わせて決まる。形が対称で打ち消しあえば極性は無い。
(1) 二酸化窒素 N O 2
(2) 四酸化二窒素 N 2 O 4 N O 2
(3) 三フッ化窒素 N F 3
(4) アンモニウムイオン N H 4 +
第3問 航空宇宙のポリマー ／ うま味とアドレナリン 答えは東大の正解ではなく、自分で解いて、式とは別の計算で確かめたもの。
問題の読み方 前半Ⅰは、熱に強いポリマー P（ポリイミド）を、2つのモノマーからつくる話。M1 は、テトラメチルベンゼンのメチル基を全部 −COOH に酸化し、となりどうしの −COOH から水を取って酸無水物（−CO−O−CO− の輪）にしたもの。M2 は、図3—2 のジニトロ化合物（ベンゼン環2つが O でつながり、両はしに N O 2
構造を決めるかぎは「となりどうしの COOH の組が2組つくれるか 」と「エタノールを付けたときに異性体がいくつできるか 」。ベンゼン環の6つの位置に置き方を書き出し、回したり裏返したりして同じになるものをまとめて数える。
後半Ⅱはアミノ酸。アミノ酸は、液の pH によって +・0・− のどれにもなれる。電荷が 0 になる pH（等電点）より酸性側では＋、塩基性側では−になる。これを使って、電気泳動（電圧をかけて動かす）とイオン交換樹脂でアミノ酸を分ける。最後はチロシンからアドレナリンができる4段の反応を、分子式の差から読む。
ア ベンゼン環の6つの位置のうち4つがメチル基、2つが H。H の2つの位置関係で数えるほうが簡単で、キシレン（ジメチルベンゼン）と同じく、となり（1,2）・1つおき（1,3）・向かい（1,4）の3通り。
メチル基で書くと、1,2,3,4-、1,2,3,5-、1,2,4,5-テトラメチルベンゼン。
イ A を酸化すると、メチル基4つが全部 −COOH になった B ができる。B を加熱すると「2分子の水を失って」M1 になるので、となりどうしの −COOH の組が2組、重ならずにつくれる必要がある（組1つから水1分子が取れて酸無水物の輪になる）。
1,2,3,5- の形は、となりの組が1組しかつくれないので×。残るのは 1,2,3,4- と 1,2,4,5-。
どちらかを決めるのが「エタノール2分子を付けると、異性体の C と D の2つができる」という条件（ウ）。1,2,3,4- だと異性体が3種類できてしまうので、A は 1,2,4,5- に決まる。
答え 1,2,4,5-テトラメチルベンゼン（ベンゼン環の 1・2・4・5 の位置に CH 3 ）
ウ 酸無水物の輪 −CO−O−CO− にエタノールが付くと、輪が開いて、一方の C がエステル − C O O C 2 H 5
組み合わせは (1,4)・(1,5)・(2,4)・(2,5) の4通り（数字はエステルになる位置）。ところが、分子を回すと (1,4) と (2,5) は同じ形（エステルが向かい合う）、(1,5) と (2,4) も同じ形（エステルが1つおき）。だから異性体は2種類で、これが C と D。
同じことを 1,2,3,4- 由来の酸無水物でやると 3 種類になる。問題文の「C と D」の2つという数が、A をしぼる決め手になっている。
答え ベンゼン環の 1・2・4・5 に置換基。C：COOC 2 H 5 が 1 と 4（向かい合う）、COOH が 2 と 5。D：COOC 2 H 5 が 1 と 5（1 つおき）、COOH が 2 と 4
エ M1：1,2,4,5- の位置の −COOH が、1,2 と 4,5 でそれぞれ酸無水物の五員環（−CO−O−CO− とベンゼン環の2つの炭素）をつくったもの。分子式は C 10 H 2 O 6
M2：図3—2 の化合物 E の2つのニトロ基 − N O 2 − N H 2 N H 2
答え M1：ピロメリット酸二無水物（ベンゼン環の 1,2 と 4,5 に –CO–O–CO– の五員環が 2 つ）。M2：H 2 N–C 6 H 4 –O–C 6 H 4 –NH 2 （4,4'-ジアミノジフェニルエーテル）
オ M2 はアニリンと同じ芳香族アミン（ベンゼン環に直接 N H 2
ほかの選択肢：アミンは塩基なので NaOH とは塩をつくらない（(1)×）。二クロム酸カリウムは酸化剤なので、相手は「酸化される」（(2) の「還元される」は×）。ヨードホルム反応は C H 3 C O −
カ 実験3の1段目（室温）：M2 の − N H 2
2段目（230 ℃）：となりにある −CO−NH− と −COOH から、さらに水が1分子取れて、N を含む五員環（イミド：−CO−N−CO−）に閉じる。問題文の「N に H が結合していない」は、この輪ができたことを言っている。
だから繰り返し単位は、M1 のベンゼン環の両側にイミドの五員環が1つずつあり、その N が M2 の − C 6 H 4 − O − C 6 H 4 − C 22 H 10 N 2 O 5
答え 繰り返し単位：M1 由来のベンゼン環（C 6 H 2 ）の両側にイミドの五員環（–CO–N–CO–）が 1 つずつあり、その N が M2 由来の –C 6 H 4 –O–C 6 H 4 – とつながる。[ ] n で囲む（C 22 H 10 N 2 O 5 ）
キ アミノ酸は − N H 2 − C O O H − N H 2
電荷の合計が 0 になる pH を等電点という。電気泳動で動く向きは、液の pH が等電点より低いか高いかで決まる。
ク 図3—3 の F はグルタミン酸（側鎖に COOH）、G はリシン（側鎖に N H 2
F だけを動かすには、F の等電点より高く、H・G の等電点より低い pH を選ぶ。選択肢の中では pH 4.0。このとき F は−の電荷をもち、H・G は＋（H はほぼ 0）。
−の電荷をもつ F は、＋の電極である陽極の側へ動く。pH 7.0 にすると H もわずかに−になって陽極側へ動き、「F だけ」にならない。
ケ 操作1の液は pH 2.0 で、F の等電点（約 3.2）よりずっと酸性。アミノ基は H + − N H 3 +
イオン交換樹脂のスルホ基 − S O 3 H − S O 3 − − N H 3 + − S O 3 −
構造式では、樹脂のベンゼン環の − S O 3 − + H 3 N − C H ( C O O H ) − C H 2 − C H 2 − C O O H
答え 樹脂の –SO 3 − ⋯ + H 3 N–CH(COOH)–CH 2 –CH 2 –COOH（アミノ基が H + を受け取って陽イオンになり、スルホ基の陰イオンと引き合う）
コ 操作1（pH 2.0）では、F・G・H は全部＋になって樹脂にくっつく。そのあと pH を上げていくと、等電点をこえたアミノ酸から順に＋でなくなり、樹脂からはなれて流れ出す。
pH 4.0（操作2、フラスコ A）：等電点 3.2 の F が−になって出る。H（5.7）・G（9.7）はまだ＋で残る。
pH 7.0（操作3、フラスコ B）：等電点 5.7 の H が出る。
pH 11.0（操作4、フラスコ C）：等電点 9.7 の G が出る。
F が1つのフラスコ（A）にだけ入っていた、という問題文とも合う。等電点の低い順に、酸性の液で先に流れ出る。
サ 分子式の差で、各段で何が起きたかを読む。チロシンは C 9 H 11 N O 3
反応1（E1）：I は C 9 H 11 N O 4
反応3（E3）：J（C 8 H 11 N O 2 C 8 H 11 N O 3 C H 2
最後の反応4（E4）は、N H 2 N H − C H 3
シ 反応2で、I（C 9 H 11 N O 4 C 8 H 11 N O 2 C O 2
アミノ酸の −COOH が C O 2 − C H 2 − N H 2
ス 不斉炭素原子は、4つの異なる原子や原子団と結合した炭素。
I（ドーパ）：チロシンと同じく、COOH・N H 2 C H 2
J（ドーパミン）：反応2で COOH が取れたので、その炭素には N H 2 C H 2 C H 2
K（ノルアドレナリン）：反応3で環のとなりの C H 2 C H 2 N H 2
だから不斉炭素をもたないのは J だけ。構造式は、ベンゼン環の 3・4 の位置に OH が2つ、1 の位置に − C H 2 − C H 2 − N H 2
答え J：(HO) 2 C 6 H 3 –CH 2 –CH 2 –NH 2 （3,4-ジヒドロキシフェニル基、ドーパミン）
