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甲南大学理工学部機能分子化学科の概要
甲南大学理工学部機能分子化学科は、分子レベルで物質の特性と反応を探求する学問領域です。有機・無機化学や物理化学の基礎から応用までをカバーし、ナノテクノロジーや材料科学などにも焦点を当てています。学生は実験と理論を組み合わせた実践的な教育を受け、新たな物質の創製や未来の技術に貢献するための力を身につけます。研究では医薬品開発やエネルギー分野、環境への貢献など幅広い分野に関わり、先端技術の発展に貢献しています。
記事の監修者：五十嵐弓益（いがらし ゆみます）
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後期 理工学部 機能分子化学科
2022年後期 80分解答用紙枠内100点/200点
[出典]文章及び化学反応式。
【1】文を読み、問1〜3に答えよ。解答の字数は制限しないが、解答欄の枠内に収まるようにすること。必要があれば、解答の文章中に有機化合物の構造式、化学反応式、図などを記してもよい。
問1 【実験1】を行うためには、エタノールを原料としてエチレンを発生させ、捕集する必要がある。その方法を、実験装置の図などを用いながら説明せよ。
問2 【実験3】の下線部「適切な分離精製操作」について、反応溶液から触媒の鉄粉を取り除いた結果、原料のベンゼン(沸点80度)とブロモベンゼン(沸点156度)のみからなる混合物が得られたとする。これらを分離する方法を、実験装置の図などを用いながら説明せよ。
問3【実験1】〜【実験3】の3つの実験の結果から、炭素原子間の結合の性質として、どのようなことがいえるか論ぜよ。
【2】大学の化学系学部・学科を卒業すると、毒物劇物取扱責任者の資格を得ることができる。このような資格を持つ人に、社会はどのような期待を抱くと考えられるか。また、資格を持つ人にはどのような責務があると考えられるか。これら2点について論ぜよ。(解答柵の枠内)
【3】ある化学企業の研究所で、酸性の廃液1500kgに水酸化ナトリウムの固体を加えて中和処理をすることを依頼された。この廃液を20.00mLとり、0.1000mol/L水酸化ナトリウム水溶液で滴定したところ、中和するのに21.00mL要した。また、中和処理の際には水酸化ナトリウムの固体を廃液に加えることになるため、廃液の密度を調べたところ、1.05g/cm3であった。この廃液1500kgを中和するために必要な水酸化ナトリウムの質量を有効数字2桁で求めるとともに、この廃液処理を安全に行う上で注意すべき点を論ぜよ。なお、解答の際は、水酸化ナトリウムの質量を求める計算式を含めて記すこと。必要があれば次の数値を用いること。式量NaOH=40.00(解答欄の枠内)
2021年後期 80分 800字 100点/200点
【1】問1 中和滴定においては、酸や塩基の溶液をつくったり、滴定する際に、次の1)～3)の実験器具を使用する。これらの実験器具のうち、器具の内部(内壁)が水(蒸留水)でぬれたまま実験に使用できるものを選び、その理由を50字程度で説明せよ。なお、解答の際は、選んだ実験器具の番号を解答構の( )内に記すこと。[ 1)ビュレット 2)メスフラスコ 3)ホールピペット ]
問2 濃度のわからない水酸化ナトリウム水溶液を、濃度のわかっているシュウ酸水溶液を用いて中和滴定し、水酸化ナトリウム水溶液の正確な濃度を求めたい。このための実験操作を150字程度で説明せよ。なお、解答の際は、次の[溶液]、[指示薬]、[実験器具]を、それぞれ少なくとも一回は用いること。また、どの実験器具にどの浴液を入れて使用するか記すこと。[[溶藏] 水酸化ナトリウム水浴液(濃度がわからない)、 シュウ酸水浴液(濃度がわかっている)、[指示薬]フェノールフタレイン《変色域pH8.0〜9.8)、[実験器具]コニカルビーカー 、ビュレット、ホールビペット]
問3 問2の補定において、指示薬としてフェノールフタレイン変色域pH3.0〜9.8)を用いることはできるが、メチルオレンジ(変色域pH3.0〜4.2)を用いることはできない。その理由を滴定の中和点のpHと指示薬の変色域の観点から50字程度で説明せよ。
問4 酢酸は、濃度のわかっている水酸化ナトリウム水溶液を用いて中和滴定することにより、酸濃度を決定することができる。酢酸は弱酸であり、水溶液中では式(1)(式省略)の電離平衡が成り立つ。式(1)に示す電離平衡の25℃における電離度αは、0.1mo/Lの酢酸水溶被でα =0.016であり、水溶液中で電
離している水素イオンは非常に少ない。このように水溶液中で少量しか電離しない酢酸であっ っでも、強酸の場合と同様に強塩基の水浴液を用いて中和滴定することにより、正確な酸濃度を知ることができるのはなぜか。式(1)の電離平衡の観点から50字程度で説明せよ。
問5 塩酸の濃度は、濃度のわかっている水酸化ナトリウム水溶液を用いて中和滴定することにより求めることができる。しかし、塩酸の濃度はその他の化学実験でも求めることができる。塩酸の濃度を中和滴定以外の化学実験で求める方法として、どのような方法が考えらえるか。100字程度で論ぜよ。
【2】分子量の測定方法には種々の方法がある。分子量を求めたい物質が比較的沸点の低い液休の場合は、その蒸気を理想気体とみなすことにより分子量を求めることができる。 一方溶液中の溶質の分子量は、希薄な溶液が示ず性質から求めることができる。例えば、凝固点降下度を測定する方法が挙げられる。 また、溶液の浸透圧を測定し、ファントホッフの法則から溶質の分子量を求める方法もある。
問1 下線部ア)「比較的沸点の低い液体の場合⋯・・・分子量を求めることができる」に関して、蒸気を理想気体とみなすことにより分子量を求める方法について考える。1) 実際に存在する気体(実在気体)は厳密には理想気体として取り扱うことができないが、ある条件下では理想気体とみなすことができる。この条件を50字程度で説明せよ。2) 気体の状態方程式を用いれば、蒸気の単位体積あたりの質量(蒸気密度)を測定することにより分子量が求められる。蒸気密度から分子量を求める方法を100字程度で説明せよ。
問2 下線部イ)「凝固点降下度(記号省略)を測定する方法が挙げられる」に関して、溶質が非電解質の場合、モル凝固点降下をKb〔k・kg/mol〕とし、溶液の質量モル濃度をm〔mol/kg〕とすると、Δt=Kbm(記号簡略化)の関係が成り立つ。この関係式を利用して凝固点降下度の測定から分子量を求める方法を100字程度で説明せよ。
問3 下線部ウ)「溶被の浸透圧を測定し」に関して、内径が等しく左右対称のU字管の中央部を半透膜で仕切った装置を用いた浸透圧の調定方法を、150字程度で説明せよ。
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2020年後期 80分600字+図示 100点/200点
【1】 高等学校で習った化学に関係する次の法則・原理(アボガドロの法則、気体反応の法則など14項目..省略)について。問1および問2に答えよ。
問1 上記に挙げた法則・原理のうち2つ選び、どのようなものか具体例を示しつつ、それぞれ100字程度で解答標①および②に説明せよ。解答の際は、解答欄①および②の()内に、解答する法則・原理の名称を記すこと。
問2 上記に等げた法則・原理のうち1つ選び、その法則・原理が成り立たないとしたら、私たちの暮らしや身のまわりの環境はどのようになってしまうか、予測される事態について例を示しつつ、200字程度で説明せよ。解答の際は、解答欄の()内に、解答する法則・原理の名称を記すこと。また、問1で解答したものを選んでもよい。
【2】アルケンに対してハロゲン化水素(HX)が付加する反応の生成物を予測する経験則として、 マルコフニコフ則が挙げられる。これについて問1および問2に答えよ。
問1 化学反応式A)〜E)(省略)から、マルコフニコフがどのようなものかを100字程度で説明せよ。
問2 マルコフニコフ則は、ハロゲン化水素の付加反応だけではなく、水の付加反応に対しても適用される。化学反応式B)においてHXのかわりに水を用いた場合、2-プロパノール(沸点:82℃)が主生成物、1-ブロバノール(沸点:97℃)が副生成物として得られる。 この混合物から沸点の差を利用して純粋な2-プロパノールを得るためには、どのような実験を行えばよいか。用いる実験装置の図を解答欄①に描き、実験内客を100字程度で解答欄②に説明せよ。
2019年後期 80分 450字ほか 100点/200点
【1】 液体に他の物質を加えたとき、両者が混ざり合い、均一な液体となる現象を溶解という。このとき、溶けている物質を溶質、溶かしている液体を溶媒というが、一定温度、一定圧力において、一定量
の溶媒に溶解する溶質の量には限度があることが多く、この限度量が溶解度である。例えば、固体の溶解度は、通常、溶媒100gに溶ける溶質の最大質量をグラム単位で表した数値で示される。
問1 水およびへキサンをそれぞれ溶媒としたとき、次に示す物質(塩化ナトリウム、スクロース、ヨウ素)の溶解性について、各物質における化学結合や極性、各物質と溶媒との相互作用などに基づいて論ぜよ。
問2 気体の溶解度は。どのように表されるのかを記述し、続いて、気体の水への溶解性が、次に示す((a)圧力一定で温度を変化させる、(b)温度一定で圧力を変化させる)のような条件のもとでは、それぞれどのように変化するのかを論せよ。
【2】 文章省略
問1 下線部ア)「ポリエチレン、ポリプロビレン、ポリ塩化ビ二ル。、ポリスチレン」に関して、いずれか一つを選び、その合成方法、構造、性質および用途について、100字程度で説明せよ。
問2 下線部イ)「埋め立てか焼却により廃棄」に関して、これらの廃乗方法の問題点としてとのようなことが考えられるか。150字程度で論ぜよ。
問3 下線部ウ)「再生利用(リサイクル)する技術」に関して、プラスチックのリサイクル方法として、マテリアルリサイクル、ケミカルリサイクル、そしてサーマルリサイクルが知られている。これらのプラスチックのリサイクルについて、長所と短所を20字程度で述べよ。
2018年後期 80分 850字ほか 100点/200点
【1】一酸化窒素は、銅と希硝酸との反応で生成する無色の気体である。この気体は水に溶けにくいが、空気中では速やかに酸化されて二酸化窒素となる。 一方、二酸化窒素は銅と濃硝酸との反応でも得られる赤褐色の気体であり、無色の気体である四酸化二窒素と平衡状態にあるため、温度や圧力によって赤褐色の濃淡が変化する。
問1 一酸化窒素、二酸化窒素の捕集法として最も適しているのは、水上置換、下方置換、上方置換のいずれであるか。 一酸化窒素についでは解答欄①に、二酸化窒素ついては解答柵②にそれらの捕集法を選らんだ理由を100字程度で記せ。
問2 二分子の二酸化窒素から四酸化二窒素が生成する反応は、熱化学方程式(記号省略)で表される。今、容積を変化させることで圧力を一定に保つことのできる密閉容器の中に、二酸化窒素を入れて平衡に達するまで30℃で放置した。この客器を30℃から冷却して温度を下げる実験を行った。1) 温度を下げて平衡に達したときの容器の体積は、30℃のときと比べてどのように変化するか。二酸化室素と四酸化二窒素との化学平衡に基づいて、150字程度で記せ。2) この実験を実際に行う手順を具体的な実験装置·器具を示しながら150字程度で説明せよ。必要ならば図を描いてもよい。
【2】水はさまざまな極性分子や電解質をよく溶かす。また、 そのような極性分子や電解質が溶解した水溶液は、純水に比べて凝固点が下がる。 そのため、エタノールが高濃度に含まれるウイスキーや塩
分濃度の高い醤油などは、冷凍庫(約一18C)に入れでも凍らない。
問1 下線部ア)「水はさまざま・・・よく溶かす」に関して、エタノールと1-ブタノール の2種額のアルコールについて、水への溶解度の違いを150字程度で説明せよ。
問2 下線部イ)「極性分子や電解質が..凝固点が下がる」に関して、1mol/kgのエタノール水溶液と1 mol/kgの塩化トリウム水溶液では凝固点に違いがあるだろうか。200字程度で論ぜよ。
問3 日常生活の中で凝固点降下の現象を利用している実例を一つ挙げ、 100字程度で説明せよ。
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機能分子化学科では、化学分野などの専門的な知識、技能を有し、これらを論理的思考力、表現力を持って、主体的に問題解決を図る実践力、加えて、他者と協働するために必要なコミュニケーション能力を有した人材養成を目標としています。そのために、高等学校相当の、理科、数学、外国語を中心とした基礎的な学力、専門的な知識や技能を表現する能力、論理的思考力やコミュニケーション能力に基づく問題解決能力をから現代社会の発展に寄与する意欲を持つことが求められます。
これらをあなたの過去の経験などをもって統合的に咀嚼し、適切な方法で伝えることが大切です。
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