2016 年度大学入試センター試験化学解答・解説

2016 年度大学入試センター試験化学解答・解説
第１問
2016.1.17
物質の構成、物質の状態（物質の構成、気体、溶液）
問１解答／④※
解説／アルゴン原子と電子配置が同じイオンは、S2-、Cl-、K+、Ca2+である。
問２解答／③
解説／面心立方格子の構造は次の通り。面の中心に原子があるので「面心」という。
問３解答／②
解説／メスシリンダー内の気体の圧力＝捕集した酸素の分圧＋水蒸気の分圧なので、
PO2＋3.6×103 ＝ 1.013×105 Pa
PO2 ＝1.013×105－3.6×103 ＝ 9.77×104 Pa
気体の状態方程式 PV＝nRT に値を代入すると、
9.77×104 Pa×0.15 L ＝ n [mol]×8.3×103 Pa・L/(K・mol)×(27+273)K
n ＝ 0.00588…
≒ 5.9×10-3
問４解答／③
解説／①過冷却後、温度が上昇して一定になったところが凝固点である。よって○。
②点Ａは凝固点を下回って過冷却になっている状態である。よって○。
③凝固が始まると、過冷却の状態を脱して温度が上昇する。したがって、点Ｂ
ではすでに凝固が進んでいる状態である。よって×。
④点Ｃは温度が一定のところにあるので、凝固の途中である。したがって、液
体と固体が共存している。よって○。
⑤溶媒に不揮発性の物質を溶かすと、凝固点降下が起きる。よって○。
1
問５解答／⑤※
解説／金属Ｍ 1.0 cm3 について考えると、その中に含まれる原子数は 8.3×1022 個、
その質量は密度が 7.2 g/cm3 より、7.2 g/cm3×1 cm3＝7.2 g である。
原子量は 1 mol（＝アボガドロ数個）原子を集めた時の質量と大きさが等しい
ので、
6.0×1023 個：M g ＝ 8.3×1022 個：7.2 g
M ＝ 52.04… ≒ 52
問６解答／①
解説／①純水とスクロース水溶液を半透膜で仕切り、液面の高さを揃えて放置すると、
溶液を薄める方向に水分子が移動するので、スクロース水溶液の体積が増加
し、純水の体積は減少する。よって×。
②浸透圧は、高分子化合物の分子量の測定に利用される。よって○。
③、⑤希薄水溶液の浸透圧は、モル濃度と絶対温度に比例する。よって○
※ファントホッフの法則 π＝CRT
（π：浸透圧、C：モル濃度、R：気体定数、T：絶対温度）
④スクロースは非電解質だが、塩化ナトリウムは電解質であり、電離後の粒子
数が NaCl→Na+＋Cl-より 2 倍になるので、浸透圧も塩化ナトリウムの方が
2 倍大きくなる。よって○
第２問
物質の変化（化学反応と熱、化学変化とエネルギー、電離平衡、化学平衡、酸化還元）
問１解答／④
解説／アセチレンの燃焼熱： C2H2 ＋
ベンゼンの燃焼熱： C6H6 ＋
5
2
15
2
O2 ＝ 2CO2 ＋ H2O ＋1300 kJ …①
O2 ＝ 6CO2 ＋ 3H2O ＋3268 kJ …②
求める熱化学方程式を 3C2H2 ＝ C6H6 ＋ Q kJ …③
とすると、
③式＝3×①式－②式より
3C2H2 ＋
－）C6H6
＋
15
2
15
2
O2 ＝ 6CO2 ＋ 3H2O ＋3900 kJ
O2 ＝ 6CO2 ＋ 3H2O ＋3268 kJ
3C2H2 － C6H6 ＝
＋ 632 kJ
3C2H2
＋ 632 kJ
＝ C6H6
よって、Q＝632 kJ
問２解答／③
解説／①光合成は、光エネルギーを利用して、二酸化炭素と自らグルコースが合成さ
れる。よって○。
②電池は、化学エネルギーを電気エネルギーに変えるものである。よって○。
2
③発熱反応におけるエネルギー図は次の通り。したがって、正反応より逆反応
の方が活性化エネルギーは大きくなる。よって×。
正反応の活性化エネルギー
逆反応の活性化エネルギー
反応物
反応熱
生成物
④反応熱 Q＝生成物の生成熱の総和－反応物の生成熱の総和より、
吸熱反応（Q＜0）のとき、生成物の生成熱の総和よりも、反応物の生成熱の
総和の方が大きくなる。よって○。
⑤燃焼反応など、化学反応によって発生するエネルギーの一部が、光として放
出されることがある。よって○。
問３解答／⑥
解説／それぞれの気体の燃焼熱を表す熱化学方程式は以下の通りである。
メタン： CH4 ＋ 2O2 ＝ CO2 ＋ 2H2O ＋ 890 kJ
7
エタン： C2H6 ＋ 2O2 ＝ 2CO2 ＋ 3H2O ＋ 1560 kJ
エチレン： C2H4 ＋ 3O2 ＝ 2CO2 ＋ 2H2O ＋ 1410 kJ
プロパン： C3H8 ＋ 5O2 ＝ 3CO2 ＋ 4H2O ＋ 2220kJ
つまり、二酸化炭素の発生量はメタン：エタン：エチレン：プロパン＝1：2：
2：3 であることが分かる（これは含まれる C の数からだけ求められるので、熱
化学方程式を書かなくてもよい）
。仮に Q kJ の熱量を発生させたとすると、発
生する二酸化炭素の物質量の比は、
メタン：エタン：エチレン：プロパン＝
＝
＝
𝑄
890
1
890
1
890
× 1：
2
𝑄
1560
× 2：
2
𝑄
1410
3
× 2：
𝑄
2220
×3
： 1560 ： 1410 ： 2220
：
1
780
：
1
705
：
1
740
よって、エチレン＞プロパン＞エタン＞メタンの順となる。
問４解答／②
解説／酢酸水溶液と塩酸の混合溶液は 50＋50＝100 mL である。酢酸と塩酸は反応し
ないので、混合後の酢酸水溶液の濃度は次のように計算できる。
0.016 mol/L × 50×10−3 L
100×10−3 L
＝ 0.008 ＝ 8.0×10-3 mol/L
3
また、塩酸が電離して生じる H+の濃度は、次のようになる。
0.020 mol/L × 50×10−3 L
＝ 0.010 ＝ 1.0×10-2 mol/L
100×10−3 L
酢酸の電離式は次のように表され、電離平衡時における各物質の濃度は以下の
通りである。
CH3COOH
はじめ
c
変化量
－cα
平衡時
c(1－α)
CH3COO- ＋ H+
0
1.0×10-2
＋cα
[mol/L]
＋cα
cα
1.0×10-2＋cα
この時、αは 1 より十分小さいので、H+の濃度は、1.0×10-2 と近似できる。
よって、電離定数 Ka は、次のように表される。
[CH3 COO− ][H+ ]
Ka ＝
[CH3 COOH]
＝
cα× 1.0×10−2
c(1－α)
＝
1.0×10−2 𝛼
1－α
αは 1 より十分小さく、1－α≒ 1 と近似することができるので、
Ka ＝ 1.0×10-2α と表すことができる。したがって電離度αは、
α ＝
𝐾𝑎
1.0×10−2
＝
2.5×10−5
1.0×10−2
＝ 2.5×10-3
となる。
よって、 [CH3COO-] ＝ cα ＝ 8.0×10-3 × 2.5×10-3 ＝ 2.0×10-5 mol/L
問５解答／④
解説／この化学平衡を結果Ⅱについて考えてみる（結果Ⅰよりもグラフが見やすい）。
【結果Ⅱ】
aX
はじめ
1.0
bY ＋ bZ
0
0
変化量－0.4
＋0.2
＋0.2
0.6
0.2
0.2
平衡時
[mol]
X が 0.4 mol 減少している時に、Y と Z はそれぞれ 0.2 mol ずつ増加している
ので、a：b＝2：1 であると考えられる。
また、結果Ⅰと結果Ⅱを比較すると、温度が高い結果Ⅱの方が反応量は多くな
っている。高温の方が反応が進むということは、ルシャトリエの原理より、こ
の反応は吸熱反応であることが分かるので、Q の値は負になる。
4
問６解答／②
解説／溶液中に含まれる物質 A の物質量を n[mol]、物質 A 1 mol が放出することが
できる電子 e-の数を a[mol]とすると、
必要な過マンガン酸カリウム水溶液の体積 x[mL]は、
MnO4-：A＝ a：5 ＝ 0.020 mol/L×x[mL]：n mol
5×0.020×x ＝ a×n
x ＝
𝑎𝑛
mL
0.10
必要なニクロム酸カリウム水溶液の体積 y[mL]は、
Cr2O72-：A＝ a：6 ＝ 0.010 mol/L×y[mL]：n mol
6×0.010×y ＝ a×n
y ＝
よって、
𝑥
𝑦
第３問
無機物質
＝
𝑎𝑛
0.10
𝑎𝑛
0.06
=
𝑎𝑛
0.06
𝑎𝑛
0.10
×
mL
0.06
𝑎𝑛
＝ 0.60
（非金属元素、金属元素、化学反応と量的関係）
問１解答／⑤
解説／①水素は水に溶けにくい。よって○。
②水素は還元剤として、金属の酸化物の還元に用いられる。よって○。
③ハーバーボッシュ法 N2＋3H2 → 2NH3 の原料として用いられる。よって○。
④酸素と水素の混合気体に点火すると水ができる（爆鳴気）
。よって○。
⑤酸化亜鉛ではなく、亜鉛に塩酸を加えると発生する。よって×。
⑥燃料電池の負極では水素が燃料となる。よって○。
問２解答／⑤
解説／①カリウムはやわらかい金属で、ナイフで容易に切ることができる。よって○。
②銀と銅は、酸化力のある硝酸や熱濃硫酸とは反応する。よって○。
③鉄は濃硝酸とは不動態をつくるので溶けない。よって○。
④水素吸蔵合金は、ニッケル―水素電池に用いられている。よって○。
⑤亜鉛は鉄よりイオン化傾向が大きいので、トタンに用いられる。よって×。
5
問３解答／ａ：３②、４③、ｂ：②
解説／ａ：３ NaCl から Na を取り出すためには、融解塩電解を用いる。
４アンモニアソーダ法（ソルベー法）
NaCl ＋ H2O ＋ NH3 ＋ CO2 → NaHCO3 ＋ NH4Cl
2NaHCO3 → Na2CO3 ＋ H2O ＋ CO2
よって、化合物Ａに相当するものは NaHCO3 であり、これを熱分解す
ることによって Na2CO3 を生成する。
ｂ：NaHCO3 の式量＝84、Na2CO3 の式量＝106 より、
2NaHCO3 → Na2CO3 ＋ H2O ＋ CO2
10×103 𝑔
𝑥×103 𝑔
84 𝑔/𝑚𝑜𝑙
106 𝑔/𝑚𝑜𝑙
よって、NaHCO3：Na2CO3 ＝ 2：1 ＝
𝑥×103
2×
106
10×103 𝑔
84 𝑔/𝑚𝑜𝑙
𝑥×103 𝑔
：106 𝑔/𝑚𝑜𝑙
10×103
＝ 1×
84
x ≒ 6.3 kg
問４解答／③
解説／①ア（B：ホウ素）は非金属元素であり、エ（Al：アルミニウム）は金属元素で
ある。よって○。
②イ（C：炭素）の単体は、オ（Si：ケイ素）と同じような原子配列をした共有
結合の結晶となりうる。よって○。
③ケ（Ca：カルシウム）の硫酸塩 CaSO4 は水に溶けないが、ウ（Mg：マグネ
シウム）の硫酸塩 Mg SO4（＝にがりの主成分）は水に溶ける。よって×。
④カ（P：リン）およびキ（S：硫黄）はいずれも非金属元素であり、その酸化
物は酸性酸化物である。よって○。
⑤ク（Cl：塩素）
、コ（Br：臭素）、サ（I：ヨウ素）と銀の化合物（ハロゲン化
銀）は水に難溶である。よって○。
6
問５解答／③
解説／①水酸化物は沈殿しやすく、アルカリ金属・アルカリ土類金属の水酸化物以外
は沈殿する。また、過剰のアンモニア水には、Cu2+、Ag+、Zn2+は溶ける。し
たがって、
操作 a ではアンモニア水を過剰に加えることによって、
ろ液に Ba2+
（アルカリ土類金属）と Zn2+を分離していることが分かる。よって○。
②過剰の水酸化ナトリウム水溶液には、Al3+、Zn2+、Sn2＋、Pb2+は溶ける。し
たがって、
操作 b では水酸化ナトリウム水溶液を過剰に加えることによって、
ろ液に Al3+を分離していることが分かる。よって○。
③硫化水素を通じて硫化物の沈殿を得るとき、酸性下に比べて塩基性下の方が
反応しやすい。したがって、塩基性のままでも Zn2+は ZnS として沈殿する。
よって×。
④沈殿ア（Fe(OH)3）を塩酸に溶かして K4[Fe(CN)6]水溶液を加えると、濃青色
沈殿が生じる。よって○。
⑤ろ液イ（Al(OH)4-）に塩酸を少しずつ加えていくとできる沈殿 Al(OH)3 は、
両性水酸化物である（アルミニウムは両性元素）
。よって○
⑥硫化物の沈殿は一般に黒色のものが多いが、沈殿ウ（ZnS）は白色である。
よって○。
問６解答／⑤
解説／硫酸イオンの数に注目すると、鉄ミョウバン 1 mol からは硫酸バリウム 2mol
が生成することがわかる。不純物を含む鉄ミョウバン 5.40 g の固体中に含まれ
る鉄ミョウバンの質量を x [g]とすると、次式で表すことができる。
FeK(SO4)2・12H2O → 2BaSO4
𝑥
287＋18×12
4.66
𝑚𝑜𝑙
したがって、2 ×
233
𝑥
287＋18×12
𝑚𝑜𝑙 ＝
よって、鉄ミョウバンの純度は、
5.03 𝑔
5.40 𝑔
𝑚𝑜𝑙
× 100 ≒ 93.1 %
7
4.66
233
𝑚𝑜𝑙
x＝5.03 g
第４問
有機化学（脂肪族化合物、芳香族化合物）
問１解答／⑤
解説／①炭素原子間の距離は、単結合＞二重結合＞三重結合である。よって○。
②単結合は回転することができる。よって○。
③二重結合は回転することができない。よって○。
④アセチレンは全ての原子が同一直線状にある。よって○。
⑤シクロヘキサンの炭素原子は、同一平面上にはない。よって×。
問２解答／②
解説／①フェノールに臭素水を加えると、置換反応が起こって 2,4,6－トリブロモフ
ェノールが生成する。このとき新しくつくられる炭素との結合は C－Br であ
る。よって○。
②フェノールに濃硝酸と濃硫酸の混合物を加えて加熱すると、ニトロ化が起こ
り、2,4,6－トリニトロフェノールが生成する。このとき新しくつくられる炭
素との結合は C－N である。よって×。
8
③フェノールに無水酢酸を加えると、酢酸フェニルが生成する。このとき新し
くつくられる炭素との結合は C－O である。よって○。
④ナトリウムフェノキシドと二酸化炭素を高温・高圧のもとで混合すると、サ
リチル酸ナトリウムが生成する。このとき新しくつくられる炭素との結合は
C－C である。よって○。
⑤ナトリウムフェノキシド水溶液を冷却した塩化ベンゼンジアゾニウム水溶液
に加えると、カップリング反応が起こり、p-ヒドロキシアゾベンゼンが生成
する。このとき新しくつくられる炭素との結合は C－N である。よって○。
9
問３解答／④
解説／油脂 A 5.00×10-2 mol と反応した水素の物質量は、
6.72 L
22.4 L/mol
＝0.3 mol で
ある。水素は不飽和結合 1 つにつき 1 分子付加する。したがって、不飽和結合
の数を x とおくと、
5.00×10-2 × x ＝ 0.3 mol
x ＝ 6
R がすべて飽和結合のとき、一般式は CnH2n+1 で表すことができる。不飽和結
合１つにつき H 原子は 2 つ少なくなる。1 分子の油脂をつくるのに必要な脂肪
酸は 3 分子であるから、不飽和結合が計 6 個＝1 つの脂肪酸当たり 6÷3＝2 個
あったとすると、その一般式は CnH2n+1-2×2＝CnH2n-3 となるはずである。これ
にあてはまる化学式は、C17H31 である。
問４解答／④
解説／この化合物中にある二重結合を左から a, b, c とする。
a
b
c
a は二重結合をはさんで同じ側に CH3 基が２つ結合しているので、幾何異性
体は存在しない。b と c の結合は二重結合をはさんで、互いに違う原子団が結
合しているので、幾何異性体が存在する。つまり、この化合物には幾何異性体
が 2 組＝４つ存在する。
問５解答／①
解説／水と炭化カルシウム（カーバイド）が反応してできる物質はアセチレンである
ので、試験管Ｂに捕集される気体はアセチレンである。
またアセチレンは三重結合を持つので、臭素と付加反応を起こす。したがって、
試験管Ａ内では臭素水の色が消える。
10
第５問
合成高分子化合物、天然有機化合物（合成繊維、天然ゴム、機能性高分子、糖）
問１解答／③
解説／①生分解性プラスチックは、酵素や微生物によって分解される。よって○。
②陰イオン交換樹脂は、強塩基の水溶液で処理し、-OH 基を復活させることで
再生できる。よって○。
③生ゴムに硫黄を加えると（加硫）
、ゴムの強度が増し、弾性が大きくなる。よ
って×。
④ポリエチレンテレフタラートはポリエステルの一種であり、PET ボトルとし
てだけでなく、合成繊維として衣服などに用いられる。よって○。
⑤カルボン酸のナトリウム塩を分子内に含む網目状の高分子は、高い吸水性を
持つ。よって○。
問２解答／①
解説／①二糖は単糖が脱水縮合してできた物質なので、C6H12O6＋C6H12O6－H2O＝
C12H22O11 という分子式で表される。よって×。
②スクロースから得られる転化糖は、還元性を示す。よって○。
③α―グルコースとβ―グルコースは互いに立体異性体である。よって○。
④単糖類はすべて分子式が C6H12O6 で与えられ、互いに構造異性体である。よ
って○。
⑤グルコースの環状構造では C1～C5 までが不斉炭素原子であるが、鎖状構造
と C1 が不斉炭素原子ではなくなるため、不斉炭素原子の数が異なる。よっ
て○。
11
第６問
合成高分子化合物（選択問題）（合成ゴム、合成高分子化合物）
問１解答／⑦
解説／アクリロニトリル－ブタジエンゴムの製法は次の通りである。
m CH2＝CH ＋ n CH2＝CH－CH＝CH2
CN
アクリロニトリル
ブタジエン
アクリロニトリル－ブタジエンゴム
よってこのゴム中の炭素原子と窒素原子の物質量の比は、
炭素：窒素＝ (3m＋4n)：m ＝ 19：1
19m ＝ 3m＋4n
16m ＝ 4n
𝑚
𝑛
＝
1
4
したがって、アクリロニトリルの物質量：ブタジエンの物質量＝1：4
問２解答／Ａ：④、Ｂ：②
解説／Ａ：ポリメタクリル酸メチル（単量体：メタクリル酸メチル）
Ｂ：ナイロン６（単量体：ε－カプロラクタム）
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第７問
天然有機化合物（選択問題）（ペプチド、核酸）
問１解答／⑤
解説／グリシン 3 分子からなるトリペプチドの構造は以下の通りである。
H
H
H
HOOC－C－NH2 ＋ HOOC－C－NH2
＋
HOOC－C－NH2
H
H
グリシン
H
グリシン
H
グリシン
H
H
HOOC－C－NH－CO－C－NH－CO－C－NH2
H
H
H
トリペプチド
このトリペプチドの分子量は、C2H5NO2×3－2H2O＝189 である。
そのうち N が占める質量は、3N＝42 であるので、その含有率は、
42
189
× 100 ≒ 22.2 %
問２解答／③
解説／DNA の二重らせん構造を形成する水素結合は、H 原子と O 原子、または N 原
子との間でつくられる。したがって、右側の塩基と水素結合を形成するのに適
した構造を選べばいい。
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