化学のサンプル問題

Question 1

砂糖を水に溶かしたとき、砂糖の粒子の状態として正しいのはどれでしょう？

Accepted Answer

砂糖の粒子が水の粒子の間に入り込み、バラバラに散らばっている状態になる。砂糖は20℃の水100gに約200gも溶け、水より重い量の砂糖を溶かしこむことができる。砂糖が水に溶けると、砂糖の粒子（分子）が水の粒子の間に入り込み、液全体にばらばらに散らばる。新しい物質ができたわけではないので、水を蒸発させれば砂糖を取り出せる。「化学反応を起こして新しい物質に変わる」は溶解と化学変化の混同。「底に沈んで見えないだけ」なら濃さに偏りができるが、水溶液の濃さはどこも同じ。「水を吸収して膨らむ」のは溶けることではない。

Question 2

牛乳にレモン汁を加えると白いカスが生じますが、この変化について最も正しく説明しているのはどれでしょう？

Accepted Answer

牛乳のタンパク質が酸によって固められ、溶けない状態に変わった。カッテージチーズは、温めた牛乳に酢やレモン汁を加え、固まった部分をこし取るだけで家庭でも作れる。牛乳のタンパク質の大部分を占めるカゼインは、酸が加わると粒どうしが集まって固まり、白いかたまりとして現れる。「水分が蒸発した」は、加熱もせずに短時間で白いカスができることを説明できない。「脂肪分が分解された」「乳糖が白い結晶になった」も誤りで、白いカスの正体は固まったタンパク質であり、脂肪の分解物や糖の結晶ではない。ヨーグルトが固まるのも、乳酸菌がつくる乳酸で同じようにカゼインが固まるためである。

Question 3

鉄の釘を塩酸に入れると気体が発生しながら釘が溶けていきますが、この現象について最も正しい説明はどれでしょう？

Accepted Answer

鉄が塩酸に溶ける化学変化が起こり、水素ガスが発生している。水素は1766年にキャベンディッシュが金属に酸を注いで集め、火を近づけると燃えることから「燃える空気」と呼ばれた。鉄を塩酸に入れると、鉄が溶けて塩化鉄という新しい物質ができ、同時に水素が発生する。新しい物質ができるので化学変化である。発生した気体にマッチの火を近づけるとポンと音を立てて燃えることで水素と確かめられる。「酸素が発生」は誤りで、酸素は過酸化水素水に二酸化マンガンを加えたときなどに出る。「物理変化」とする2つは、鉄が別の物質に変わっている点を見落としている。

Question 4

次のうち、物質そのものの化学的な性質が変わらない「物理変化」にあたるのはどれでしょう？

Accepted Answer

氷がとけて水になり、やがて水蒸気になる。パンのきつね色はおもに、糖とアミノ酸が加熱で反応する「メイラード反応」でできる色で、しょうゆや味噌の色も同じ反応による。物理変化は、形や状態が変わっても物質そのものは変わらない変化である。氷→水→水蒸気は、どの段階でも水（H₂O）の分子のままなので物理変化にあたる。「木が燃えて灰になる」「銅を加熱して黒い酸化銅になる」「パンが焼けて色づく」は、いずれも新しい物質ができる化学変化である。

Question 5

常温（約25℃）で液体であり、かつ水にほとんど溶けない性質をもつのはどれでしょう？

Accepted Answer

ガソリン。ガソリンは水に溶けずに水より軽いので、ガソリン火災に水をかけると燃えたまま水に浮いて流れ、かえって火が広がるおそれがある。ガソリンは炭素原子が数個から10個ほどの炭化水素の混合物で、密度は約0.7g/cm³と水より小さく、水に注ぐと上に浮いて層になる。ガソリンの分子は電気的なかたよりが小さく、かたよりの大きい水の分子とはなじみにくいので、水にほとんど溶けない。「エタノール」は常温で液体だが水とどんな割合でも混ざる。「硫酸」も液体だが水に非常によく溶ける（混ぜると大きく発熱する）。「塩化水素」は常温では気体で、水によく溶けて塩酸になる。

Question 6

ある水溶液に青色と赤色のリトマス紙をつけたところ、どちらも色が変わらなかった。この水溶液として最も考えられるのはどれでしょう？

Accepted Answer

食塩水。塩の水溶液がいつも中性とは限らず、炭酸ナトリウム水溶液はアルカリ性、塩化アンモニウム水溶液は弱い酸性を示す。青色・赤色どちらのリトマス紙も色が変わらないのは中性の水溶液で、選択肢では食塩水（塩化ナトリウム水溶液）が当てはまる。「硫酸水溶液」は酸性で青色リトマス紙を赤くし、「水酸化ナトリウム水溶液」と「アンモニア水」はアルカリ性で赤色リトマス紙を青くする。赤色リトマス紙が変わらないだけでは酸性の可能性も残るので、中性の判定には両方の色で確かめる必要がある。

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