令和元年度（2019年）過去問一覧

問1 有機化学及び燃料 Grignard試薬に関する次の記述のうち、最も不適切なものはどれか。 → 問2 有機化学及び燃料 有機反応に対する温度の影響に関する次の記述の、【 】に入る化学用語の組み合わせとして最も適切なものはどれか。 1, 3－ブタジエンへのHBrの【 a 】付加反応において、0℃の反応条件下では71：29の比で1, 2－及び1, 4－付加体を与えるが、40℃で反応を行うと、生成物の比は15：85となる。さらに、0℃で得られた生成物をHBrの存在下で40℃に加熱すると、生成物の比は71：29から徐々に15：85に変化する。 この反応に対する温度の影響を次のようにして説明することができる。2つの反応生成物の安定性を考えたとき、熱力学的に安定なのは、【 b 】付加体である。まずはじめ低温（0℃）で反応を行った場合、1, 2－及び1, 4－付加体を生成する2つの経路が非可逆で平衡に達していないので、2つの反応生成物の熱力学的安定性は重要ではない。非可逆反応の生成物は【 c 】にのみ依存し、生成物の安定性には依存しない。そのような反応は【 d 】下にあるといわれる。しかし、高温（40℃）においては2つの経路が可逆で平衡に達するようになると、可逆反応の生成物は安定性にのみ依存し、【 c 】には依存しない。このような反応は平衡の支配下、又は、【 e 】下にあるといわれる。 → 問3 有機化学及び燃料 一般的な炭素－炭素結合形成方法の1つであるエノラートイオンのアルキル化反応に関する次の記述のうち、最も適切なものはどれか。 → 問4 有機化学及び燃料 シクロアルカンに関する次の記述のうち、最も不適切なものはどれか。 → 問5 有機化学及び燃料 次の記述の【 】に入る語句の組合せとして、最も適切なものはどれか。 2－メチルプロペン（イソブテン）に、酸触媒存在下で水を付加させると、ほぼ選択的に【 a 】が生成する。これは、中間体である【 b 】のうち、3級の【 b 】が1級の【 b 】よりも安定であるためである。ハロゲン化水素が二重結合に付加するときの付加の選択性に関する法則を【 c 】というが、水の付加の場合にもこの法則が適用できる。【 a 】とは水酸基の位置が異なる【 d 】を合成するには、【 e 】のあとに酸化するなどの方法を用いることが必要である。 → 問6 有機化学及び燃料 次の（A）～（E）の化合物の紫外可視吸収スペクトルを測定したとき、入射光の波長λ max に対する吸光度（A）をプロットしたグラフの最大値（λmax）の値が最も大きいものと最も小さいものの組合せはどれか。 → 問7 有機化学及び燃料 次の有機化合物のうち、鏡像異性体が存在しないものはどれか。 → 問8 有機化学及び燃料 天然ガスに関する次の記述のうち、最も不適切なものはどれか。（統計資料は、2016年度統計に基づく） → 問9 有機化学及び燃料 次の記述のうち、最も不適切なものはどれか。 → 問10 有機化学及び燃料 石油の精製プロセス次の記述のうち、最も不適切なものはどれか。 → 問11 有機化学及び燃料 石油製品の灯油に関する次の記述のうち、最も不適切なものはどれか。 → 問12 有機化学及び燃料 潤滑油の基油に関する記述のうち、最も不適切なものはどれか。 → 問13 有機化学及び燃料 石炭に関する記述のうち、最も不適切なものはどれか。 → 問14 高分子化学 次の高分子合成に関する反応式において、正しいものの組み合わせとして、最も適切なものはどれか。ただし、脱離成分と鎖末端の化学構造式は省略してある。 → 問15 高分子化学 次のA～Eに示すエンジニアリングプラスチックの名称と、その代表的な化学構造式が正しいものの組み合わせとして、最も適切なものはどれか。 項目 名称 化学構造式 A ポリアセタール B ポリフェニレンエーテル C ポリエーテルスルホン D ポリエーテルエーテルケトン E ポリカーボネート → 問16 高分子化学 問16については、当初不適切としていた選択肢4「ナイロン66よりもポリエチレンのΔS ｍ が大きい」は、適切な内容であることからすべての選択肢が適切であり、不適切な選択肢がなく正答が存在しないことから、当該問題を選択した受験者全員に得点を与えられることとなりました。 次の記述の下線部のうち、最も不適切なものはどれか。 ナイロン66の融点がポリエチレンの融点よりも高いことを以下のように考察した。それぞれの融点T m と融解エンタルピーΔH m は下表に示したとおりである。高分子のT m とΔH m 及び融解エントロピーΔS m は次式により関係づけられる。 $$ T_{m} = \Delta H_{m} / \Delta S_{m}$$ この式から 1 融点はΔH m が大きいほど、ΔS m が小さいほど高くなる ことがわかる。ここで、 2 ΔH m は分子間の凝集エネルギーに関係し、ΔS m は分子鎖の剛直性と関係している 。ポリエチレンは結晶状態から溶融状態に変化するとき、 3 伸びきっていた－CH 2 －連鎖が自由に屈曲できるようになるため大きくエントロピーが変化し、ΔS m が大きな値となる ためにT m が低くなると考えられる。一方、ナイロン66は水素結合性のアミド基を有していることから分子間凝集エネルギーが大きく、融解の際に分子鎖を引き離すのに大きなΔH m が必要となることが予想される。しかし、下表によれば予想に反してΔH m の実測値はナイロン66よりもポリエチレンの方が大きい。これは、 4 ナイロン66よりもポリエチレンのΔS m が大きい ことを意味している。その理由として、 5 ナイロン66は溶融状態でも分子間水素結合を部分的に保持しており、また、アミド結合が共鳴構造により回転しにくく分子鎖が比較的剛直である ことが挙げられる。そのため、結晶から溶融状態へ変化する際のエントロピー変化が小さくなり、ナイロン66は高い融点を示すと考えられる。 T m / ℃ ΔH m / Jg -1 ナイロン66 267 188 ポリエチレン 136 276 表. 高分子の融点T m と融解エンタルピーΔH m → 問17 高分子化学 ラジカル重合についての次の記述のうち、最も不適切なものはどれか。 → 問18 高分子化学 化学式A～Eで表される高分子材料に関する説明のうち、不適切なものの組み合わせはどれか。 A 酵素又は非酵素的加水分解反応によりモノマー単位まで 分解されるため、生分解性プラスチックとして知られている。 B 水と強く相互作用するため、これを三次元的に架橋した材料は高吸水性高分子として利用されている。 C フェノールとホルムアルデヒドから得られる熱硬化性樹脂であり、電気絶縁材料として利用されている。 D 対候性に優れ、電気絶縁性と自己消火性があるため、電線被覆材料として利用されている。 E 透明性に優れ、水で膨潤する分子構造を持つため、ソフトコンタクトレンズの材料として用いられる。 → 問19 高分子化学 次の記述の、【 】に入る語句の組合せとして、最も適切なものはどれか。 下図は時間 t 0 における十分に分子量が大きい非晶性高分子固体の引張緩和弾性率E（t 0 ）の温度依存性の模式図である。【 ア 】では高分子鎖のミクロブラウン運動は凍結し、弾性率は1～数GPaの値となる。温度が上昇すると凍結されていた分子のミクロブラウン運動が開始し、【 イ 】へと到達する。【 ア 】から【 イ 】への変化が【 ウ 】である。さらに温度が上昇すると弾性率が数MPa程度で、温度に依存しない【 エ 】となる。さらに温度が上昇すると高分子鎖の絡み合いがほぐれ、分子鎖が激しく運動し、弾性率も低下する【 オ 】となる。 図. 非晶性高分子固体の引張緩和弾性率の温度依存性の模式図 → 問20 無機化学及びセラミックス 金属やその結晶に関する次の記述のうち、最も不適切なものはどれか。 → 問21 無機化学及びセラミックス 金属精錬法に関する次の記述のうち、最も不適切なものはどれか。 → 問22 無機化学及びセラミックス 半導体に関する次のA～Eの記述のうち。不適切なものの組合せはどれか。 (A) ケイ素やゲルマニウムの結晶はダイヤモンド型構造を持つ。 (B) ガリウムヒ素は化合物半導体と呼ばれ。安定相はウルツ鉱型構造を持つ。 (C) 純粋なゲルマニウムの電気伝導度は温度が上がると増加する。 (D) 真性半導体を加熱すると、熱励起によって多数の自由電子と少数の正孔が生成する。 (E) ケイ素に微量のリンを添加するとn型半導体となる。 → 問23 無機化学及びセラミックス ガラスに関する次の記述のうち、最も不適切なものはどれか。 → 問24 無機化学及びセラミックス 炭素同素体に関する次のA～Eの記述のうち、不適切なものの組合せはどれか。 (A) グラファイトは炭素の六員環からなる平面が積層した構造である。 (B) グラファイトの層状構造において面内方向は金属に近い電気伝導性を示す。 (C) ダイヤモンドは炭素の高圧安定相で、電気伝導性は低く、熱を伝えにくい。 (D) カーボンナノチューブは炭素六具環が単層あるいは多層の同軸状につらなった筒型物質で、高い強度を有する。 (E) C 60 はフラーレンと呼ばれ、炭素の五員環20個と、六員環12個からなる。 → 問25 無機化学及びセラミックス 無機結晶物質の欠陥に関する次の記述のうち、不適切なものの組合せはどれか。 (A) 結晶構造中のイオンを別のイオンと置換した結果、通常はイオンが占有していない位置に移動した場合、置換イオンと呼ぶ。 (B) 陽イオンの格子位置にイオンが存在しないとき、陽イオン空孔と呼ぶ。 (C) 空孔と格子間イオンが組合さった欠陥をフレンケル欠陥と呼ぶ。 (D) 転位とは、結晶中に含まれる面状の結晶欠陥のことで、刃状転位、らせん転位、及び、それらの組合せの混合転位に分類される。 (E) 焼結体のように方位の異なる結晶が接合した界面は結晶のイオンの積み重なりが乱れており、これを粒界と呼ぶ。 → 問26 無機化学及びセラミックス 多くのセラミックスは、原料粉末粒子の成形体を大気圧下で加熱する常圧焼結によって製造される。常圧焼結に関する次の記述のうち、不適切なものの組合せはどれか。 (A) 一般に酸化物粉体は、誘電率の低い非極性溶媒中で分散しやすい。 (B) 分散剤や粒子の表面電位を利用することで、微小粒子の凝集を防ぐことができる。 (C) プレス成型のような乾式成形では、一般に分散剤やバインダーは不要である。 (D) 成形体のバインダー除去が不十分だと焼結に悪影響がある。 (E) 焼結とは粒子表面や粒子界面の面積を減らすように物質が移動する現象である。 (F) 高温で高い蒸気圧を持つ酸化物粉体は、緻密化しやすい。 (G) 焼結体内部の気孔を減らし、粒径を制御することで、多くのセラミックスは透光性を示す。 → 問27 化学プロセス 平衡状態における液相組成－気相組成－温度－圧力の関係を気液平衡図で表すことができる。その一例としてメタノール－水系の気液平衡関係を下図に示す。 次の記述の下線部（ア）～（エ）について、正しいものの組合せはどれか。ただし、図1、図2においての2種類の矢印（→、⇢）は、それぞれ同じ長さである。 図1は平衡温度と組成との関係を示す。図中の線（a）は、（ア） 液相線（又は沸点曲線） を示し、線（b）は、（イ） 気相線（又は露点曲線） を示す。 メタノールの沸点は、（ウ） 約65℃ である。 図2は液相組成と気相組成の関係を示したものである。図1から図2を作図すると。（エ） 曲線（c） が得られる。 メタノール－水系の気液平衡関係［101.3 kPa］ → 問28 化学プロセス 二酸化炭素の吸収分離に関する次の記述の、【 】に入る語句の組合せとして、最も適切なものはどれか。 化学吸収法は、二酸化炭素を反応吸収する【 A 】などの【 B 】の溶液を用いて、二酸化炭素を分離・回収する手法である。吸収した溶液を【 C 】して二酸化炭素を分離する。 物理吸収法は、【 D 】で【 E 】やポリエチレングリコール等の吸収液に二酸化炭素を物理的に吸収させ、分離・回収する手法である。 → 問29 化学プロセス プロパン1 kgを14.5 m 3 の空気で完全燃焼させたときの空気比に最も近い値はどれか。プロパンガス、燃焼ガスはともに0℃、101.3 kPaの条件下にあり、反応は次の式による。 C 3 H 8 ＋5O 2 →3CO 2 ＋4H 2 O ただし、空気中の酸素濃度、窒素濃度はそれぞれ21.0 vol%、79.0 vol%とし、各元素の原子量は、H=1、C=12、O=16とする。 → 問30 化学プロセス 分子量10万のポリエチレンテレフタラートの重合度の範囲として、最も適切なものはどれか。ただし、各元素の原子量はC=12、O=16、H=1とする。 → 問31 化学プロセス 内容積1,000 L、圧力p=1.0 atm、温度300Kの密閉タンクに、ジメチルエーテル（DME、CH 3 OCH 3 ）の蒸気が6.0%、空気が94%（すなわちO 3 が19.7%、N 3 が74.3%）入っている。この混合ガスに着火して、DMEを完全燃焼させたとき、密閉タンク内の圧力pとして最も近い値はどれか。燃焼ガスは全成分理想気体と仮定する。DMEの燃焼エンタルピーΔH c ＝-1,328 kJ mol -1 （発熱）、燃焼ガスの定積熱容量C v ＝30 J mol -1 K -1 で一定とする。気体定数R＝0.08206 L atm mol -1 K -1 である。 → 問32 化学プロセス 40℃の硫酸銅飽和水溶液100.0gを0℃まで冷却し放置したところ、CuSO 4 ・5H 2 Oの結晶が析出した。析出したCuSO 4 ・5H 2 Oの結晶量として、最も近い値はどれか。 なお、無水硫酸銅の溶解度は40℃で29.0g、0℃で14.8gとする。ここでの溶解度とは100gの水に溶解する溶質の最大質量［g］とする。 ただし、各原子量は、H=1、O=16、Cu=64、S=32とする。 → 問33 化学プロセス 貯水池から長さL＝1,000 m、管内径d=1.0 mのパイプを通して水を流し、水力発電機へ供給している。系の圧力変動を吸収するため下図のようにサージタンクが設けられている。基準高さからの貯水池水面高さはH＝50 mである。サージタンク水面はh［m］の高さにあった。パイプ内の平均流速u＝3.0 ms -1 のとき、hとして、次のうち、最も近い値はどれか。ただし水の密度ρ＝1,000 kg m -3 、管摩擦係数f＝0.0032、重力加速度g＝9.8 m s -2 。管内流れの圧力損失はΔP=-2fLu 2 ρ/d［Pa＝kg m -1 s -2 ］である。 → 問34 化学プロセス 気温T 2 ＝29.0℃、人体の体内温T＝36.0℃のとき、皮膚表面温度T 1 ［℃］に最も近い値はどれか。ただし、皮膚と一体内に厚さδ＝4 mmの温度境膜（皮膚膜）を考え、皮膚の熱伝導率λ＝0.21 W m -1 K -1 とする。また、皮膚表面空気側の伝熱係数をh＝8.8 W m -2 K -1 とする。 → 問35 化学プロセス 1次反応で崩壊するヨウ素131の半減期は8日である。ヨウ素131に基づく放射能の量が、ある初期値から80日後に1,000 Bq （ベクレル）になった。放射能の量の初期値に最も近い値はどれか。ただし、Log 10 0.5＝-0.301である。 →