令和3年度（2021年）過去問一覧

問1 有機化学及び燃料 ベンゼン環を有する有機化合物の次の（A）～（E）の反応式うち、生成物を正しく表記している組合せはどれか。 → 問2 有機化学及び燃料 1-メチルシクロペンテンから方法Ⅰ又は方法Ⅱによりメチルシクロペンタノールを合成したとき、それぞれの方法から主生成物として得られる化合物として、最も適切なものはどれか。 方法Ⅰ）酸触媒水和反応 方法Ⅱ）ヒドロホウ素化と塩基性過酸化水素水による酸化 → 問3 有機化学及び燃料 シクロペンタノンとピロリジンを反応させるとエナミン（enamine）が生成し、これに、α, β－不飽和カルボニル化合物を反応させるとMichael型の付加が起き共役付加生成物が生じる。この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 次の（A）～（D）の反応について、種々の物質の酸性度を示した表に基づいて考察し、起こり得るものの組合せとして、最も適切なものはどれか。 → 問5 有機化学及び燃料 化学種の酸性、塩基性の比較について、次のうち強さの順が最も不適切なものはどれか。ただし、各項目の性質は左側ほど強く、右側ほど弱いものとする。 → 問6 有機化学及び燃料 炭素Cと水素Hからなる化合物（①～⑤）のうち、次の記述のA～Cのすべてに当てはまるものとして、最も適切なものはどれか。 芳香族性を持つ。 紫外可視吸収スペクトルにおいて、可視領域に吸収極大を持ち、炭化水素としては非常に大きな双極子モーメント（µ＝1.0D）を持つ。 重クロロホルム中の 1 H-NMRスペクトルでは、すべての水素核の化学シフトはδ6.5からδ8.5に存在する。 → 問7 有機化学及び燃料 立体化学に関する次の記述のうち、最も適切なものはどれか。 → 問8 有機化学及び燃料 国内に供給されたエネルギーが最終消費者に供給されるまでには、発電ロス、輸送中のロス及び発電・転換部門での自家消費などが発生するため、最終エネルギー消費は一次エネルギー消費からこれらを差し引いたものになる。2018年度における日本の一次エネルギー国内供給を100として、最終エネルギー消費の割合に最も近い値はどれか。 → 問9 有機化学及び燃料 石油の物理的性質に関する次の記述のうち、最も不適切なものはどれか。 → 問10 有機化学及び燃料 製油所における精製装置に関する次の記述のうち、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 潤滑油に関する次の記述のうち、最も不適切なものはどれか。 → 問13 有機化学及び燃料 石炭に関する次の記述のうち、最も不適切なものはどれか。 → 問14 高分子化学 次の記述の【 】に入る語句及び数値の組合せとして、最も適切なものはどれか。 平均分子量には数平均分子量【 ア 】、重量平均分子量【 イ 】、z平均分子量（M z ）などがある。分子量10,000の高分子1モルと分子量1,000の高分子1モルを混合した場合、その数平均分子量は【 ウ 】で、重量平均分子量は【 エ 】となる。また、分子量10,000の高分子1 gと分子量1,000の高分子1 gを混合した場合、その数平均分子量は【 オ 】で、重量平均分子量は【 カ 】となる。 → 問15 高分子化学 下図は、結晶化度0%のポリエチレンテレフタレート（PET）を室温から280℃まで、一定速度で昇温させた場合の示差走査熱量（DSC）測定結果である。これ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。ここで、図中のA～Dは設問中のA～Dに対応する。 まず、【 A 】状態のPETを室温から昇温していき、試料の温度が【 B 】に到達すると、高分子の分子運動が増大し、【 A 】状態から過冷却液体状態に変化した。さらに昇温を続けると、発熱ピークが出現した。これは、【 C 】に起因する。その後、ある温度に到達すると【 D 】による吸熱ピークが出現し、エンタルピーが急激に増加した。 → 問16 高分子化学 下図は、典型的な連鎖重合、逐次重合、リビング重合においてモノマーの転化率と生成するポリマーの分子量との関係を示した模式図である。それぞれ、A、B、Cに対応する重合様式として、最も適切な組合せはどれか。 → 問17 高分子化学 2種類のビニルモノマー（M 1 とM 2 ）のラジカル共重合における下記の生長反応（1）～（4）の生長反応速度定数をそれぞれk 11 、k 12 、k 21 、k 22 とする。重合初期に生成される共重合体組成（d［M 1 ］／d［M 2 ］）は、仕込みモノマー組成（［M 1 ］／［M 2 ］）とモノマー反応性比（r 1 ＝k 11 / k 12 、r 2 ＝k 22 / k 21 ）を用いて式（5）で表される。ただし、［M 1 ］、［M 2 ］はモノマー濃度である。 下図の共重合組成曲線とr 1 、r 2 との関係に関する次の記述のうち、最も不適切なものはどれか。 → 問18 高分子化学 次の文章の【 】に入る語句の組合せとして、最も適切なものはどれか。 エチレンを高圧下でラジカル重合すると連鎖移動を起こすため長鎖分岐構造を有する【 A 】ポリエチレンが得られる。これは包装用シートやゴミ袋などフィルムとしての使用が多い。一方、TiCl 4 とAlEt 3 からなる【 B 】触媒を用いると常温常圧下でエチレンの重合が進行し、【 C 】ポリエチレンが生成する。これは分岐構造をほとんど含まない直鎖状の構造を持っているため【 D 】が高く、耐熱性や耐薬品性、絶縁性が高いなど特徴を持っている。また、【 B 】触媒によりエチレンと1－ブテンや1－ヘキセンなどのα－オレフィンとの共重合を行うと、短い分岐鎖を持つ【 E 】ポリエチレンが得られる。これは柔軟性と強靭性を合わせ持つためフィルム、チューブ、ホースなどの分野で用いられている。 → 問19 高分子化学 次に示す化学構造を持つ高分子を汎用プラスチックとエンジニアリングプラスチック（エンプラ）に分類したとき、最も適切なものはどれか。ただし、Aの分子量は2万～20万とする。 → 問20 高分子化学 一般に導電性高分子は、そのままでは伝導体ではなく半導体又は絶縁体である。これらに電子供与性又は電子受容性の物質をドープすることで電気伝導度が増大する。次の構造式を持つ高分子のうち、導電性を示さないものはどれか。 → 問21 無機化学及びセラミックス 電気絶縁性セラミックスの熱伝導に関する次のA～Eの記述のうち、適切なものの組合せはどれか。 (A) 熱伝導はフォノン（原子振動）が支配的な因子となる。 (B) 高温では熱伝導率が上昇する。 (C) 多孔質セラミックスでは、緻密なセラミックスに比べて熱伝導率が高い。 (D) 不純物元素を含むセラミックスは、純粋なセラミックスに比べて熱伝導率が低い。 (E) ガラスは同じ組成の結晶質セラミックスに比べて熱伝導率が高い。 → 問22 無機化学及びセラミックス セラミックスセンサーとその原理に関する次の記述のうち、最も不適切なものはどれか。 → 問23 無機化学及びセラミックス 多くのセラミックスの製造法として用いられる常圧焼結に関する次のA～Eの記述のうち、不適切なものの組合せはどれか。 (A) 一般に酸化物粉体は、誘電率の低い非極性溶媒には分散しにくい。 (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) プレス形成のような乾式成形では、一般に分散剤やバインダーは用いられない。 (D) 一般に成形体のバインダー除去が不十分でも、十分高温で焼結すれば緻密化する。 (E) 高温で高い蒸気圧を持つ酸化物粉体は、緻密化しにくい。 → 問24 無機化学及びセラミックス 薄膜形成技術の1つにPVD（物理的堆積法）技術がある。次の記述のうち、最も不適切なものはどれか。 → 問25 無機化学及びセラミックス セラミックス製品やガラス製品に関する次の記述のうち、最も不適切なものはどれか。 → 問26 無機化学及びセラミックス 電池に関する次のA～Eの記述のうち、不適切なものの組合せはどれか。 (A) マンガン乾電池は正極に二酸化マンガン、負極に金属亜鉛を用いる。 (B) 鉛蓄電池の電解質は塩酸である。 (C) 充電により繰り返し使える電池を二次電池という。 (D) カソード反応の進行電位と、アノード反応の進行電位の差が電池の作動電圧である。 (E) リチウム電池では、電解質には水系電解液が用いられる。 → 問27 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A～Eの記述のうち。不適切なものの組合せはどれか。 (A) イオン半径が異なるイオンが結晶構造中のイオンと置換した結果、通常は原子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、陰イオン空孔と呼ぶ。 (C) 空孔と格子間イオンが組み合わさった欠陥をフレンケル欠陥と呼ぶ。 (D) 転位とは、結晶中に含まれる線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を粒界と呼ぶ。 → 問28 化学プロセス 図1は、低沸点成分（添字1）であるエタノールと、高沸点成分（添字2）である水の2成分系溶液の低沸点成分のモル分率xに対する活量係数γ 1 、γ 2 を示している。また、図2は5種の二成分系溶液について、低沸点成分の沸点温度での各成分の蒸気分圧p 1 、p 2 、1～5の中で、エタノール／水系の蒸気分圧と考えられるものはどれか。 図1 エタノール（1）／水（2）系の活用係数γ 図2 各種二成分系溶液の蒸気分圧（低沸点成分（1）の沸点温度における） → 問29 化学プロセス 3成分（A、B、C）の液液平衡関係を表すのに、下図のような二等辺直角三角図を用いた。図中、頂点A、B、Cは各純成分を表し、辺AB、BC上の目盛は質量分率である。次の記述のうち、最も不適切なものはどれか。 → 問30 化学プロセス 下図は酢酸メチル（A）の加水分解反応の反応速度（－r A ）の逆数（1/（－r A ））を反応成分Aの反応率x A に対して示したものである。この反応は反応率x A, max ＝0.45で反応速度の最大値を持つ。（図の縦軸の（1/（－r A ））では最小值。）連続槽型反応器（CSTR）と管型反応器（PFR）又はそれらの組合せの連続反応器で、この反応を入口反応率x A ＝0から出口反応率x A, out ＝0.8まで行いたい。全体の反応器容積が最小となるのは1～5のどれか。 図 反応率に対する（1/（反応速度）） → 問31 化学プロセス メタノール（CH 3 OH）を完全燃焼させるのに必要な理論空気量（m 3 ／kg）に最も近い値はどれか。燃焼は0℃、101.3 kPaの条件下で実施され、反応は次式による。 CH 3 OH+（3/2）O 2 ⟶CO 2 +2H 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32 化学プロセス メタン1 molを完全燃焼して二酸化炭素と水蒸気にしたときに発生する熱は802.3 kJである。30%過剰空気でメタンを燃焼したときの燃焼ガス温度に最も近い値はどれか。ただし、空気は酸素21%、窒素79%の混合物とし、これより30%過剰空気のとき、メタン1 molに対する供給空気は酸素2.6 mol、窒素9.78 molである。また、メタンと空気は25℃で供給され、簡単のため、すべての気体の熱容量は36.0 JmolKとする。 → 問33 化学プロセス フェノール濃度がC 0 ＝0.10 kg－phenol／m 3 －waterの水溶液がV＝10 m 3 ある。これに活性炭W＝20 kgを投入して、吸着平衡に達したとき、水溶液中のフェノール濃度C［kg－phenol／m 3 －water］として最も近い値はどれか。吸着平衡は活性炭中のフェノール濃度をq*［kg－phenol／kg－活性炭」として、次式のフロインドリッヒ型で表せるとする。 q*＝0.5C 1/2 → 問34 化学プロセス 排水中に直径d p ＝6.0×10 -5 m、粒子密度ρ p ＝1200 kg/m 3 の粒子のみが懸濁している。粒子の沈降速度u t ［m/s］は次式のストークスの式に従うものとする。 ストークスの式：u t ＝（ρ p －ρ）gd p 2 / 18μ ここで、ρ：水の密度（＝1000 kg/m 3 ）、g：重力加速度（＝9.8 m/s 2 ）、μ：水の粘度（＝0.0010 Pa s）である。 深さH＝5 mの横流式沈殿池（下図）を用いてこのd p 、ρ p の粒子のみを含む排水から粒子を60%除去したい。そのために必要な沈殿池の長さL［m］として、最も近い値はどれか。ただし、水の流れは水平方向の速度v＝0.0034 m/sで均一とする。 図 横流式沈殿池 → 問35 化学プロセス 外気温が35℃で室温が25℃の場合。厚さ4 mmで熱伝導度λ＝0.75 W／（mK）のガラス窓を通過する熱流束に最も近い値はどれか。ただし、室内外の伝熱係数（熱伝達係数）はそれぞれ10 W/（m 2 K）、及び50 W/（m 2 K）とする。 →