【解説・配点付き】2016年九州大学化学の解答・解説

次の文章を読み、問1〜問6に答えよ。

水分子では、酸素原子と水素原子それぞれのもつ不対電子が対をなすことにより $\boxed{\text{ア}}$ 結合を生じている。水の沸点は、他の16族元素の水素化合物である $\ce{H2S}$、 $\ce{H2Se}$、 $\ce{H2Te}$ の沸点よりも非常に高い(a)。この理由は、水分子中の $\ce{O-H}$ 結合の $\boxed{\text{イ}}$ が特に大きく、隣り合う水分子間で、水素原子をなかだちとした $\boxed{\text{ウ}}$ 的な引力による水素結合を生じているためである。また、フッ化水素の沸点に比べても水の沸点の方が高い(b)。

塩化水素を水に溶解すると電離し、水素イオンを生じる。この水素イオンに水分子が非共有電子対を提供して生じる $\boxed{\text{ア}}$ 結合の一種を $\boxed{\text{エ}}$ 結合という。この結合を形成することで生じるオキソニウムイオンの結合角∠HOHは、水分子のそれよりも大きくなる(c)。

水(液体)では、個々の水分子は互いに引き合いながら運動しているが、氷(固体)になると、各原子間の結合距離や結合角が定まる。氷(固体)は、水分子の酸素原子が $\boxed{\text{オ}}$ 形の各頂点に位置し、その中心に水分子の酸素原子が一つ配置された結晶構造を持つ。この結晶構造において、一つの水分子の酸素原子は、 $\boxed{\text{X}}$ 個の水素原子と結合しているが、そのうち $\boxed{\text{Y}}$ 個は $\boxed{\text{ア}}$ 結合で、 $\boxed{\text{Z}}$ 個は水素結合によるものである。

図1は水の状態図を簡略に表したものである(d)。D点より圧力を上げると、水(液体)の $\boxed{\text{カ}}$ は上がるが、氷(固体)の $\boxed{\text{キ}}$ は下がる。D—A線の負の傾きは、圧力が上がると氷(固体)の水素結合が切れて体積が $\boxed{\text{ク}}$ するとともに密度が $\boxed{\text{ケ}}$ し、水(液体)になることを示している。

問1. 文中の $\boxed{\text{ア}}$ 〜 $\boxed{\text{ケ}}$ にあてはまる最も適切な語句を、以下の語群から一つ選択して答えよ。また $\boxed{\text{X}}$ 〜 $\boxed{\text{Z}}$ には、適切な数値を答えよ。

語群

分子、イオン、イオン化、共有、非共有、金属、極性、融点、沸点、臨界点、溶解度、水素、酸素、ハロゲン、配位、静電気、電荷、電子親和力、直線、折れ線、四角錐、正四面体、正六面体、増加、減少、膨張、結合エネルギー

問2. 下線部(a)について、 $\ce{H2S}$、 $\ce{H2Se}$、 $\ce{H2Te}$ を沸点の高い方から順に記せ。

問3. 下線部(b)の理由について、以下の(1)〜(5)から最も適切なものを一つ選び番号で答えよ。

(1) 酸素原子の電気陰性度は、フッ素原子の電気陰性度より小さいため。

(2) 水の分子量は、フッ化水素の分子量より小さいため。

(3) 水1分子あたりの水素結合の数は、フッ化水素1分子あたりの水素結合の数より多いため。

(4) 水分子間の水素結合一つあたりの結合エネルギーは、フッ化水素分子間の水素結合一つあたりの結合エネルギーよりも大きいため。

(5) 水の $\ce{O-H}$ 結合の結合エネルギーは、フッ化水素の $\ce{F-H}$ 結合の結合エネルギーより小さいため。

問4. オキソニウムイオンの電子式を記入例にならって答えよ。

記入例：塩化物イオン　ただし、・は電子を表す。

問5. 下線部(c)の理由について、以下の(1)〜(5)から最も適切なものを一つ選び番号で答えよ。

(1) オキソニウムイオンは、電荷を持つため。

(2) オキソニウムイオンは、三角錐形の構造を持つため。

(3) オキソニウムイオン中の水素原子どうしの反発が弱くなるため。

(4) オキソニウムイオンを形成することで、隣接する水分子との水素結合が、より強くなるため。

(5) オキソニウムイオンを形成することで、水分子に存在した非共有電子対どうしの反発がなくなるため。

問6. 下線部(d)について、D点、D—A線、D—B線、D—C線の名称をそれぞれ答えよ。

問1

ア：O と H がそれぞれの不対電子を出し合って共有電子対をつくる結合は、共有結合。

答（ア）　共有（1点）

イ：電気陰性度は O の方が H よりはるかに大きい（F ＞ O ＞ N ≒ Cl ＞ C ≒ S ＞ H）。O−H の共有電子対は O の側に大きく偏り、O が δ−、H が δ+ になる。この電荷の偏りが結合の極性。

答（イ）　極性（1点）

ウ：δ+ の H が、となりの水分子の δ− の O（の非共有電子対）と引き合う。水素結合は、この静電気的な引力による分子間の結合。

答（ウ）　静電気（1点）

エ：$\ce{H+}$ は電子をもたないので、水分子の O が非共有電子対の1組を一方的に提供して $\ce{H+}$ と共有する（下の図）。このように片方の原子だけが電子対を提供する共有結合が配位結合。できたあとの3本の O−H は区別できない。

答（エ）　配位（1点）

オ・X〜Z：氷では、1つの O のまわりに4つの O が正四面体の頂点に並び、中心の O と頂点の O の間に H が1つずつ入る。中心の O から見ると、まわりの4つの H のうち2つは自分の H（共有結合）、残りの2つはとなりの分子の H で、O の非共有電子対2組に向かって水素結合している（下の図）。氷は、この正四面体の向きにしか結合しないので、すき間の多い構造になる。

答（オ）　正四面体（1点）

答（X）　4（1点）

答（Y）　2（1点）

答（Z）　2（1点）

カ・キ：D より高い圧力で横線を引く（下の図）。液体と気体の境目の蒸気圧曲線 D—B は右上がりなので、交点の温度（沸点）は D の温度より高い。固体と液体の境目の融解曲線 D—A は左に傾いているので、交点の温度（融点）は D の温度より低い。

答（カ）　沸点（1点）

答（キ）　融点（1点）

ク・ケ：D の温度より少し低い温度で氷に圧力をかけると、融解曲線 D—A をこえて液体の領域に入る（下の図）。氷はすき間の多い構造なので、融けて水素結合の一部が切れると、構造がくずれて水分子がすき間に入り込み、体積が減る。質量は変わらないので、密度は増える。圧力を上げると、体積の小さい水の方へ移るということ。

答（ク）　減少（1点）

答（ケ）　増加（1点）

問2

3つとも水素結合をつくらない（S・Se・Te は電気陰性度が小さく、H との結合の極性が小さい）。分子量は $\ce{H2S}$ が約34、 $\ce{H2Se}$ が約81、 $\ce{H2Te}$ が約130 で、周期表の下の元素ほど大きい。分子量が大きいほどファンデルワールス力が大きく、沸点が高い（問3 の図の16族の第3〜5周期）。

答　$\ce{H2Te}$ ＞ $\ce{H2Se}$ ＞ $\ce{H2S}$（2点）

問3

水素化合物の沸点は、周期表の下の分子ほど分子量が大きく、ファンデルワールス力で高くなる。その中で $\ce{H2O}$・ $\ce{HF}$ だけが分子量のわりに高いのは、分子の間に水素結合がはたらくから（下の図）。

$\ce{H2O}$ と $\ce{HF}$ の差は、1分子あたりの水素結合の数で決まる。 $\ce{H2O}$ は H 2つと非共有電子対2組で4本の水素結合をつくるが、1本を2つの分子で分け合うので、1分子あたり2本。 $\ce{HF}$ は H を1つしかもたないので、1分子が関わる水素結合は2本で、1分子あたり1本。

・(1)　誤り。O の電気陰性度が F より小さいのは正しいが、それは F−H の方が極性が大きく、水素結合1本が $\ce{HF}$ の方が強い理由になる。水の沸点が高い理由にはならない

・(2)　誤り。分子量は $\ce{H2O}$ が18、 $\ce{HF}$ が20 で水の方が小さいが、分子量が小さいことは沸点を下げる向きにはたらく

・(3)　正しい。1分子あたりの水素結合の数は $\ce{H2O}$ が2本、 $\ce{HF}$ が1本

・(4)　誤り。水素結合1本の強さは、電気陰性度の大きい F をもつ $\ce{HF}$ の方が大きい

・(5)　誤り。沸騰で切れるのは分子の間の水素結合で、分子の中の O−H・F−H の結合は切れないので、沸点とは関係しない

答　(3)（2点）

問4

電子の総数を変えずに、各原子のまわりが希ガスの電子配置になるように書く。水分子の O は、H との共有電子対2組と非共有電子対2組をもつ。そのうち非共有電子対の1組を $\ce{H+}$ と共有すると、O のまわりは共有電子対3組と非共有電子対1組になる（問1 エの図）。電子の総数は O の6個と H の3個から1個を引いた8個で、O のまわりは8個（Ne と同じ）、各 H のまわりは2個（He と同じ）。もとの原子より電子が1個少ないので、全体を［　］で囲んで右上に＋を付ける（下の図）。

答　上の図の電子式（3点）

問5

$\ce{H2O}$ の O のまわりの電子対は4組（共有電子対2組と非共有電子対2組）。4組はたがいに反発し、正四面体の頂点の方向に遠ざかる。ただし非共有電子対は共有電子対より反発が強く、2組の非共有電子対が H−O−H の角を押し縮めるので、水の結合角は約104.5°と、正四面体の角（約109.5°）より小さい。

$\ce{H3O+}$ では非共有電子対の1組が $\ce{H+}$ との共有電子対に変わり、非共有電子対は1組だけになる。非共有電子対どうしの反発がなくなるので、H−O−H の角は水より開く（下の図）。

・(1)　誤り。電荷はイオン全体の性質で、O のまわりの電子対どうしの反発とは関係しない

・(2)　誤り。三角錐形は形の説明で、角が大きくなる理由ではない

・(3)　誤り。H 原子どうしの反発が弱くなるなら、角はむしろ閉じる向きになる

・(4)　誤り。水素結合は分子の間の引力で、分子の中の角を決めるものではない

・(5)　正しい

答　(5)（2点）

問6

D 点は3本の曲線が集まる点で、固体・液体・気体の3つが共存する三重点。D—A 線は固体と液体の境目の融解曲線、D—B 線は液体と気体の境目の蒸気圧曲線、D—C 線は固体と気体の境目の昇華圧曲線（下の図）。B 点は蒸気圧曲線が途切れる臨界点で、これより温度と圧力が高いと液体と気体の区別がつかなくなる。

答（D点）　三重点（1点）

答（D—A線）　融解曲線（1点）

答（D—B線）　蒸気圧曲線（1点）

答（D—C線）　昇華圧曲線（昇華曲線ともいう）（1点）

次の文章を読み、問1〜問7に答えよ。

以下の式①〜式④に示す化学反応は、いずれも、それ以上分解して表せない素反応を表している。反応はいずれも均一な溶液中で行い、反応中の温度は変わらないものとする。また、反応の進行に伴う反応溶液の体積変化は無いものとする。反応物や生成物の濃度はモル濃度(体積モル濃度)であり、例えば物質Aについては $[\mathrm{A}]$ と表す。また、反応速度は濃度の変化で定義する。

［反応1］

式①で示す物質Aと物質Bの間で進行する反応を考える。 $k_1$ は速度定数である。

$\mathrm{A}+\mathrm{B}\xrightarrow{\ k_1\ }\mathrm{P}$　・・・①

反応速度を測定するために、一定の時間間隔で生成物Pの濃度を測定した。反応はAとBを混合すると同時に開始した。反応開始時( $t=0$ )のAとBの初濃度は、それぞれ $[\mathrm{A}]_0$ および $[\mathrm{B}]_0$ であった。反応開始時にPは存在しておらず、反応開始後の時間 $t=t_1$ の濃度は $[\mathrm{P}]_{t_1}$ であった。この反応溶液の体積は $V$ である。

問1. 反応開始から遠くない時間内において、反応開始時から $t=t_1$ までの間の平均の反応速度は、反応開始時の瞬間の速度である反応の初速度 $v_0$ と等しかった。 $v_0$ を生成物の濃度 $[\mathrm{P}]_{t_1}$ を用いて式で答えよ。

問2. 反応時間 $t_1$ における反応溶液中のAの物質量を反応の初速度 $v_0$ を用いて式で答えよ。

［反応2］

物質Cと物質Dから物質Eへの正反応と共に、EからCとDへの逆反応が進行する式②に示す反応を考える。 $k_2$ と $k_{-2}$ は、それぞれ正反応および逆反応の速度定数である。反応開始時のCとDの初濃度は、それぞれ $[\mathrm{C}]_0$ および $[\mathrm{D}]_0$ であり、反応開始時にEは存在しなかった。CとDを混合して反応が進行した後、見かけ上反応が止まった状態(平衡状態)に達した。平衡状態におけるEの濃度は $[\mathrm{E}]_\mathrm{e}$ であった。

$\mathrm{C}+\mathrm{D}\ \underset{k_{-2}}{\overset{k_2}{\rightleftarrows}}\ \mathrm{E}$　・・・②

問3. 正反応および逆反応の反応速度を、それぞれ $v_+$ および $v_-$ とする。式②の反応が平衡状態にある時、 $v_+$ と $v_-$ はどのような関係にあるか、式で答えよ。

問4. $v_+$ は $v_+=k_2[\mathrm{C}]_\mathrm{t}[\mathrm{D}]_\mathrm{t}$、 $v_-$ は $v_-=k_{-2}[\mathrm{E}]_\mathrm{t}$ と表される。ここで $[\mathrm{C}]_\mathrm{t}$、 $[\mathrm{D}]_\mathrm{t}$ および $[\mathrm{E}]_\mathrm{t}$ は、時間 $t$ における、それぞれの物質の濃度である。 $k_2$ と $k_{-2}$ の比 $k_2/k_{-2}$ を、 $[\mathrm{E}]_\mathrm{e}$ およびCとDの初濃度を用いて答えよ。

［反応3］

物質Xと物質Yが反応し、XとYが結合した中間生成物Zを経由して生成物Qが生成する式③および式④で示す反応を考える。反応溶液中でZの濃度は、これらの二つの反応の進行に伴って変化する。 $k_3$、 $k_{-3}$、および $k_4$ はそれぞれの反応過程の速度定数である。

$\mathrm{X}+\mathrm{Y}\ \underset{k_{-3}}{\overset{k_3}{\rightleftarrows}}\ \mathrm{Z}$　・・・③

$\mathrm{Z}\xrightarrow{\ k_4\ }\mathrm{Q}$　・・・④

XとYを混合して反応を開始させた。XとYの初濃度は、それぞれ $[\mathrm{X}]_0$ および $[\mathrm{Y}]_0$ であり、 $[\mathrm{Y}]_0$ は $[\mathrm{X}]_0$ に比べて非常に大きい。また、反応開始時にZおよびQは存在しなかった。式④の反応は式③の反応に比べ進行がずっと遅い。反応開始から遠くない時間内において、Qがゆっくり生成し始め、その後、Qが生成する速度が一定となり、この状態が一定時間保たれた(a)。

問5. 反応が進行して、反応溶液はX、Y、ZおよびQの混合溶液になった。反応溶液中のZの時間 $t$ における濃度 $[\mathrm{Z}]_\mathrm{t}$ を、 $[\mathrm{X}]_0$、 $[\mathrm{X}]_\mathrm{t}$、および $[\mathrm{Q}]_\mathrm{t}$ を用いて表せ。 $[\mathrm{X}]_\mathrm{t}$ および $[\mathrm{Q}]_\mathrm{t}$ は、XおよびQの時間 $t$ における濃度である。

問6. Zの濃度が変化する速度は、Zが生成する反応速度 $v_{\mathrm{Z}(\text{生成})}$ とZが消滅する反応速度 $v_{\mathrm{Z}(\text{消滅})}$ によって決定される。 $v_{\mathrm{Z}(\text{生成})}$ は、 $v_{\mathrm{Z}(\text{生成})}=k_3[\mathrm{X}]_\mathrm{t}[\mathrm{Y}]_\mathrm{t}$ と表される。 $[\mathrm{Y}]_\mathrm{t}$ は、Yの時間 $t$ における濃度である。 $v_{\mathrm{Z}(\text{消滅})}$ を表す反応速度式を、 $[\mathrm{Z}]_\mathrm{t}$ を用いて答えよ。

問7. 下線部(a)の状態にある時、Zが生成する反応速度とZが消滅する反応速度はつり合っている。この状態での濃度の比 $\dfrac{[\mathrm{Z}]_\mathrm{t}}{[\mathrm{X}]_\mathrm{t}[\mathrm{Y}]_\mathrm{t}}$ を、速度定数を用いて近似せずに表せ。

問1

問題文は、反応速度を濃度の変化で定義している。ここでは生成物 P の濃度を測っているので、P の濃度の増加を時間で割ったものが平均の反応速度になる。反応開始時に P は無い（ $[\mathrm{P}]_0=0$ ）ので、0から $t_1$ までの平均の速度は

$$\bar v=\dfrac{\Delta[\mathrm{P}]}{\Delta t}=\dfrac{[\mathrm{P}]_{t_1}-0}{t_1-0}=\dfrac{[\mathrm{P}]_{t_1}}{t_1}$$

反応のはじめの短い時間では、 $[\mathrm{P}]$ はほぼ直線で増え、平均の速度が初速度に等しい（下の図）。

答　$v_0=\dfrac{[\mathrm{P}]_{t_1}}{t_1}$（3点）

問2

式①の係数は $\mathrm{A}:\mathrm{P}=1:1$ なので、P が増えた分だけ A が減る。問1 より、時間 $t_1$ までに P の濃度は $v_0t_1$ だけ増えたので、A の濃度も $v_0t_1$ だけ減る（上の図の「減った分」と「増えた分」）。

$$[\mathrm{A}]_{t_1}=[\mathrm{A}]_0-v_0t_1$$

問われているのは物質量なので、体積 $V$ をかける。

答　$([\mathrm{A}]_0-v_0t_1)V$（4点）

問3

平衡は、反応が止まった状態ではない。正反応と逆反応が同じ速さで起こり続けているので、見かけ上止まって見える。

答　$v_+=v_-$（3点）

問4

反応の進行で体積は変わらないので、濃度のまま状態遷移図を書ける。E が $[\mathrm{E}]_\mathrm{e}$ 生じたので、係数比 $\mathrm{C}:\mathrm{D}:\mathrm{E}=1:1:1$ から、C と D は $[\mathrm{E}]_\mathrm{e}$ ずつ減る（下の図）。

平衡では $v_+=v_-$ なので、速度定数×濃度の式に平衡の濃度を入れると

$$k_2\left([\mathrm{C}]_0-[\mathrm{E}]_\mathrm{e}\right)\left([\mathrm{D}]_0-[\mathrm{E}]_\mathrm{e}\right)=k_{-2}[\mathrm{E}]_\mathrm{e}$$

両辺を $k_{-2}\left([\mathrm{C}]_0-[\mathrm{E}]_\mathrm{e}\right)\left([\mathrm{D}]_0-[\mathrm{E}]_\mathrm{e}\right)$ で割って、速度定数の比の形にする。

答　$\dfrac{k_2}{k_{-2}}=\dfrac{[\mathrm{E}]_\mathrm{e}}{\left([\mathrm{C}]_0-[\mathrm{E}]_\mathrm{e}\right)\left([\mathrm{D}]_0-[\mathrm{E}]_\mathrm{e}\right)}$（5点）

問5

Z は X と Y が結合したもの、Q は Z からできるので、Z と Q は1つずつ X を含んでいる。最初にあった X は、反応していない X のままか、Z の中か、Q の中のどれかにある（下の図）。体積は変わらないので、濃度で

$$[\mathrm{X}]_0=[\mathrm{X}]_\mathrm{t}+[\mathrm{Z}]_\mathrm{t}+[\mathrm{Q}]_\mathrm{t}$$

答　$[\mathrm{Z}]_\mathrm{t}=[\mathrm{X}]_0-[\mathrm{X}]_\mathrm{t}-[\mathrm{Q}]_\mathrm{t}$（5点）

問6

Z が消える反応は、式③の逆反応（ $\mathrm{Z}\to\mathrm{X}+\mathrm{Y}$ ）と式④（ $\mathrm{Z}\to\mathrm{Q}$ ）の2つある（下の図）。

どちらも素反応なので、速度式は反応式の係数どおりに書ける。どちらも Z 1つから始まる反応なので、それぞれの速さは

$$k_{-3}[\mathrm{Z}]_\mathrm{t}\quad\text{（式③の逆反応の速さ）}$$

$$k_4[\mathrm{Z}]_\mathrm{t}\quad\text{（式④の速さ）}$$

Z の消滅の速さは、この2つの和になる。

$$v_{\mathrm{Z}(\text{消滅})}=k_{-3}[\mathrm{Z}]_\mathrm{t}+k_4[\mathrm{Z}]_\mathrm{t}$$

答　$v_{\mathrm{Z}(\text{消滅})}=(k_{-3}+k_4)[\mathrm{Z}]_\mathrm{t}$（3点）

問7

下線部(a)では Q が生成する速さ $k_4[\mathrm{Z}]_\mathrm{t}$ が一定なので、 $[\mathrm{Z}]_\mathrm{t}$ が一定とみなせる（下の図）。Z の濃度が一定なのは、Z が生成する速さと消滅する速さがつり合っているときである。

$$k_3[\mathrm{X}]_\mathrm{t}[\mathrm{Y}]_\mathrm{t}=(k_{-3}+k_4)[\mathrm{Z}]_\mathrm{t}$$

両辺を $(k_{-3}+k_4)[\mathrm{X}]_\mathrm{t}[\mathrm{Y}]_\mathrm{t}$ で割る。式④は式③よりずっと遅いが、「近似せずに」と指定されているので $k_4$ は残す。

答　$\dfrac{[\mathrm{Z}]_\mathrm{t}}{[\mathrm{X}]_\mathrm{t}[\mathrm{Y}]_\mathrm{t}}=\dfrac{k_3}{k_{-3}+k_4}$（2点）

別解

問4　（平衡定数と速度定数の関係を覚えている場合）　平衡定数は速度定数の比で $K=\dfrac{k_2}{k_{-2}}$ と書ける（重要問題集で扱う有名な関係）。そこで、平衡定数の式 $K=\dfrac{[\mathrm{E}]}{[\mathrm{C}][\mathrm{D}]}$ に、状態遷移図の平衡の濃度をそのまま入れればよい。ただし、この関係は $v_+=v_-$ から導いたものなので、問3・問4 の流れのように導けるようにしておく。

※ 旧課程の問題なので、生成熱・反応熱の表記をエンタルピーに直して載せています。

次の文章を読み、問1〜問2に答えよ。ここで $\ce{Fe2O3}$(固体)、 $\ce{CO2}$(気体)の生成エンタルピーは、それぞれ $-824$ kJ/mol、 $-394$ kJ/mol とする。

(1) 溶鉱炉では、酸化鉄 $\ce{Fe2O3}$ を還元して鉄の単体を製造しており、酸化鉄は主に一酸化炭素や炭素により還元されている。それぞれの反応を式①、式②に示す。式①で必要とする一酸化炭素は、式②および式③の反応により得られる。溶鉱炉では、還元反応や融解に必要な熱は、式③に示す炭素の燃焼反応で放出される熱に大きく依存している。

$\ce{Fe2O3}(\text{固体})+3\,\ce{CO}(\text{気体})$

$\qquad\ce{->}\ 2\,\ce{Fe}(\text{固体})+3\,\ce{CO2}(\text{気体})$　・・・①

$\ce{Fe2O3}(\text{固体})+3\,\ce{C}(\text{黒鉛})$

$\qquad\ce{->}\ 2\,\ce{Fe}(\text{固体})+3\,\ce{CO}(\text{気体})$　・・・②

$\ce{C}(\text{黒鉛})+\dfrac{1}{2}\,\ce{O2}(\text{気体})$

$\qquad\ce{->}\ \ce{CO}(\text{気体})$　・・・③

問1. 式①の反応により1 mol の $\ce{Fe2O3}$(固体)を還元する反応は発熱反応であり、その反応エンタルピーを $-25$ kJ とする。式②の反応により1 mol の $\ce{Fe2O3}$(固体)を還元するときの反応エンタルピー、および式③の反応により1 mol の $\ce{C}$(黒鉛)を酸化するときの反応エンタルピーはそれぞれいくらか、符号を含めて答えよ。

(2) 式①、式②および式③の反応を利用して鉄の単体を得る溶鉱炉を模した図2に示す反応器がある。この反応器に酸化鉄 $\ce{Fe2O3}$ を毎分10 mol、空気を毎分100 mol 供給するとともに、炭素をある一定速度で供給した。反応器内では、供給された酸化鉄、炭素および空気中の酸素のみが反応し、いずれも全量が消費された。反応器から排出される物質は鉄の単体および一酸化炭素、二酸化炭素、窒素の三成分からなる混合ガスのみであり、それらの排出速度は一定であった。また、反応器から排出される一酸化炭素と二酸化炭素の物質量の比は2：1で一定であった。空気は酸素と窒素のみからなる混合気体とし、それらの物質量の比は21：79であり、窒素は反応していなかった。

問2. 次の文章中の $\boxed{\text{ア}}$ 〜 $\boxed{\text{キ}}$ に入る適切な数値を、小数点以下を四捨五入して整数で答えよ。

図2の反応器での反応において、得られる鉄の単体の物質量は毎分 $\boxed{\text{ア}}$ mol であり、供給される空気中の酸素分子の物質量は毎分 $\boxed{\text{イ}}$ mol である。空気中の酸素分子がかかわる反応は式③の反応のみであるため、この反応器において式③の反応で消費される炭素の物質量は毎分 $\boxed{\text{ウ}}$ mol であることがわかる。また、反応器に供給される空気および酸化鉄に含まれる酸素原子数の和と、排出される一酸化炭素および二酸化炭素に含まれる酸素原子数の和は等しいことから、反応器から排出される二酸化炭素の物質量は毎分 $\boxed{\text{エ}}$ mol であることがわかる。一方、反応器から排出される炭素原子数の総和は供給される炭素原子数と一致するため、反応器へ供給される炭素の物質量は毎分 $\boxed{\text{オ}}$ mol となる。供給された炭素のうち、式③の反応で消費されなかった炭素は式②の反応で消費される。このことから、式②の反応により還元される酸化鉄の物質量は毎分 $\boxed{\text{カ}}$ mol であり、それ以外の酸化鉄が式①の反応により還元されることがわかる。また、この反応器で鉄の単体100 g を得るために消費される炭素の質量は $\boxed{\text{キ}}$ g である。

問1

式②の計算に $\ce{CO}$ の値を使うので、問いの順とは逆に、式③を先に求めてから式②を求める。

式③は、単体の黒鉛と酸素から $\ce{CO}$ 1 mol ができる式なので、 $\ce{CO}$ の生成エンタルピーの式そのもの。そこで、先に $\ce{CO}$ の生成エンタルピーを $x$ kJ/mol とおいて求める。

ベースとなる式は、生成エンタルピーの式ではない式①にする。生成エンタルピーが与えられているので、一番上は単体の $\ce{2Fe + 3C + 3O2}$。

・単体 → $\ce{Fe2O3 + 3CO}$ ： $\ce{Fe2O3}$ 1 mol と $\ce{CO}$ 3 mol ができるので $-824+3x$

・$\ce{Fe2O3 + 3CO}$ → $\ce{2Fe + 3CO2}$ ：式①なので $-25$

・単体 → $\ce{2Fe + 3CO2}$ ： $\ce{CO2}$ 3 mol ができるので $-394\times3$

単体から $\ce{2Fe + 3CO2}$ へ行く2通りの矢印の和は等しい（下の図）。

$$(-824+3x)+(-25)=-394\times3\qquad\therefore\ x=-111$$

$\ce{CO}$ の生成エンタルピーは $-111$ kJ/mol で、よく知られた値と一致する。式③の反応エンタルピーはこの値そのもので $\Delta H=-111$ kJ（発熱）。

答（式③）　$\Delta H=-111$ kJ（3点）

次に式②。式②も生成エンタルピーの式ではないので、ベースとなる式にする。一番上は単体の $\ce{2Fe + 3C + 3/2O2}$。

・単体 → $\ce{Fe2O3 + 3C}$ ： $\ce{Fe2O3}$ 1 mol ができ、黒鉛3 mol は単体のままなので $-824$

・単体 → $\ce{2Fe + 3CO}$ ： $\ce{CO}$ 3 mol ができ、鉄2 mol は単体のままなので $-111\times3$

単体から $\ce{2Fe + 3CO}$ へ行く2通りの矢印の和は等しい（下の図）。

$$-824+\Delta H=-111\times3\qquad\therefore\ \Delta H=-333+824=+491\ \mathrm{kJ}$$

正なので、反応後の $\ce{2Fe + 3CO}$ は反応前の $\ce{Fe2O3 + 3C}$ より上にあり、式②は吸熱反応。

答（式②）　$\Delta H=+491$ kJ（3点）

問2

反応器に入るもの・出るものと、中で進む3つの反応を整理する（下の図）。数値はすべて毎分の物質量。

式①でも式②でも、 $\ce{Fe2O3}$ 1 mol から $\ce{Fe}$ 2 mol ができる。供給した $\ce{Fe2O3}$ 10 mol は全量が還元されるので、できる鉄は

$$10\times2=20\ \mathrm{mol}$$

答（ア）　20（2点）

空気の $\ce{O2}$ と $\ce{N2}$ の物質量の比は21：79なので、空気100 mol のうち $\ce{O2}$ は

$$100\times\dfrac{21}{21+79}=21\ \mathrm{mol}$$

答（イ）　21（2点）

$\ce{O2}$ は式③でしか使われない。式③は $\ce{C}$ 1 mol と $\ce{O2}$ $\dfrac12$ mol が反応するので、消費される $\ce{C}$ は $\ce{O2}$ の2倍。

$$21\times2=42\ \mathrm{mol}$$

答（ウ）　42（3点）

式①・式②で還元される $\ce{Fe2O3}$ を、それぞれ毎分 $x$ mol・ $y$ mol とおく。 $\ce{Fe2O3}$ は全量が還元されるので

$$x+y=10$$

式③では $\ce{C}$ が42 mol 反応する。係数の比で、それぞれの反応での各物質の増減を書く（下の図）。

$\ce{CO}$ は式②・式③でできて、式①で使われるので、出ていく $\ce{CO}$ は $3y+42-3x$ mol。 $\ce{CO2}$ は式①でだけできるので、出ていく $\ce{CO2}$ は $3x$ mol。これが2：1なので

$$3y+42-3x=2\times3x$$

$y=10-x$ を代入すると

$$3(10-x)+42-3x=6x\qquad\therefore\ x=6,\ y=4$$

出ていく $\ce{CO2}$ は $3x=18$ mol。

答（エ）　18（4点）

$\ce{C}$ は式②と式③で消費され、供給した $\ce{C}$ は全量が消費される。式②で消費される $\ce{C}$ は $3y=12$ mol なので、供給される $\ce{C}$ は

$$12+42=54\ \mathrm{mol}$$

答（オ）　54（3点）

式②で還元される $\ce{Fe2O3}$ は $y=4$ mol（残りの6 mol が式①で還元される）。ここまでの出入りをまとめると下の図になる。

答（カ）　4（2点）

この反応器では、毎分 $\ce{Fe}$ 20 mol ができる間に $\ce{C}$ を54 mol 消費する。鉄100 g を $\ce{Fe}$ 1 mol あたりの55.8 g で割ると鉄の物質量、これに「 $\ce{Fe}$ 20 mol あたり $\ce{C}$ 54 mol」の比をかけると消費される $\ce{C}$ の物質量、さらに $\ce{C}$ 1 mol あたりの12.0 g をかけると質量になる。

$$\dfrac{100}{55.8}\times\dfrac{54}{20}\times12.0=58.06\ \mathrm{g}$$

小数点以下を四捨五入する。

答（キ）　58（3点）

別解

問1

公式「反応エンタルピー＝（生成物の生成エンタルピーの和）−（反応物の生成エンタルピーの和）」を使う（単体の生成エンタルピーは0）。式①に当てはめると

$$-25=(-394\times3)-(-824+3x)\qquad\therefore\ x=-111$$

式②に当てはめると

$$\Delta H=(-111\times3)-(-824)=+491\ \mathrm{kJ}$$

公式は上のエンタルピー図から導けるものなので、図で解けるようになってから使う。

問2（エ〜カ）

問題文の誘導どおり、原子の数の保存で求める。出ていく $\ce{CO2}$ を毎分 $n$ mol とすると、 $\ce{CO}$ は $2n$ mol。

O 原子は、入る側が空気の $\ce{O2}$ と $\ce{Fe2O3}$ 、出る側が $\ce{CO}$ と $\ce{CO2}$ （鉄と窒素は O を含まない）。

$$21\times2+10\times3=2n\times1+n\times2\qquad\therefore\ 72=4n,\ n=18$$

C 原子は、出ていく $\ce{CO}$ 36 mol と $\ce{CO2}$ 18 mol に全部入っているので、供給される $\ce{C}$ は $36+18=54$ mol。そのうち式③で42 mol 使われるので、式②で消費される $\ce{C}$ は $54-42=12$ mol。式②は $\ce{Fe2O3}$ 1 mol に $\ce{C}$ 3 mol が反応するので、 $\ce{Fe2O3}$ は $12\div3=4$ mol。

（ $\ce{Fe2O3}$ の O の30 mol を足し忘れると $n=10.5$ になり、エ〜キがすべてずれる）

次の文章を読み、問1〜問7に答えよ。構造式を記入するときは、記入例にならって答えよ。

構造式の記入例

化合物 A、 B、 C は炭素原子、水素原子のみからなる化合物である。これらは同じ分子式をもつ構造異性体であり、その分子量は82.0である。化合物 A 61.5 mg を完全燃焼させると二酸化炭素198 mg、水67.5 mg が得られた。

化合物 A の構造式には $\ce{-CH3}$ が一つだけ存在する。化合物 A に硫酸水溶液を加えても反応はおこらなかったが、さらに硫酸水銀(Ⅱ)を触媒として加えると分子量100の化合物 D が主生成物として得られた。化合物 D にヨウ素と水酸化ナトリウム水溶液を加えて反応させると黄色沈殿が生成した(a)。

化合物 B には B を含めて三つの幾何異性体が存在しうる(b)。化合物 B に十分な量の臭素を反応させると化合物 E が生成した。

化合物 C にニッケルを触媒として十分な量の水素を反応させると分子量が84.0である化合物 F が生成した。化合物 C に硫酸水溶液を加えて水を付加させると化合物 G が生成した。化合物 G に金属ナトリウムを反応させると水素が発生した(c)。一方、化合物 G に硫酸酸性の二クロム酸カリウム水溶液を加えて加熱したが酸化されなかった。

問1. 化合物 A の分子式を答えよ。

問2. 下線部(a)の反応の名称を答えよ。

問3. 化合物 D の構造式を答えよ。また、官能基の種類によって分類される化合物 D の一般名を答えよ。

問4. 化合物 B 61.5 mg を完全に反応させるために必要な臭素の質量[mg]を答えよ。小数点以下は四捨五入すること。

問5. 下線部(b)についてトランス形のみからなる幾何異性体の構造式を答えよ。

問6. 下線部(c)の反応を化合物 G の代わりにメタノールに対して行った場合の化学反応式を答えよ。

問7. 化合物 G の構造式には $\ce{-CH3}$ が一つだけ存在する。化合物 G として考えられるすべての構造異性体の数を答えよ。ただし、立体異性体が存在しうる場合は区別しなくてよい。また、化合物 G として考えられる構造式を一つ答えよ。

問1

燃焼で生じた二酸化炭素の C と水の H は、すべて A から来る。

・C の質量： $198\times\dfrac{12.0}{44.0}=54.0$ mg

・H の質量： $67.5\times\dfrac{2.00}{18.0}=7.50$ mg

合計は $54.0+7.50=61.5$ mg で、A の質量と一致する（A は C と H だけでできている）。物質量の比は

$$\mathrm{C}:\mathrm{H}=\dfrac{54.0}{12.0}:\dfrac{7.50}{1.00}$$

$$=4.50:7.50=3:5$$

組成式は $\ce{C3H5}$（式量41.0）。分子量82.0はその2倍なので、分子式は $\ce{C6H10}$。

答　$\ce{C6H10}$（2点）

$\ce{C6H10}$ の不飽和度は $\dfrac{2\times6+2-10}{2}=2$。A・B・C は同じ分子式で、この2の使い方が違う（下の図。くわしくは問3〜問7）。

問2

ヨウ素と水酸化ナトリウム水溶液を加えて反応させると、 $\ce{CH3-CO-{}}$ の形をもつ化合物から黄色のヨードホルム $\ce{CHI3}$ が沈殿する。この反応をヨードホルム反応という。

答　ヨードホルム反応（2点）

問3

A は硫酸水溶液だけでは水が付かず、硫酸水銀(Ⅱ)を触媒として加えると水が付いた。二重結合なら硫酸水溶液だけで水が付く（C はそうなっている）ので、A は三重結合をもつ。不飽和度2を三重結合1つで使い切るので、環や二重結合はない。

D の分子量100は、 $\ce{C6H10}$（82.0）に水（18.0）が1分子付いた $\ce{C6H12O}$（100.0）と一致する。

A の $\ce{-CH3}$ は1つだけ。鎖に枝分かれがあると鎖の端が3つ以上になり、 $\ce{-CH3}$ が2つ以上になる。三重結合が鎖の内側にあると、両端がどちらも $\ce{-CH3}$ になる（2-ヘキシン・3-ヘキシン）。よって A は、直鎖の端に三重結合がある1-ヘキシン $\ce{HC#C-CH2-CH2-CH2-CH3}$。

硫酸水銀(Ⅱ)を触媒として三重結合に水を付けると、まず二重結合の炭素に OH が付いた化合物ができ、すぐにカルボニル化合物に変わる（アセチレンからビニルアルコールを経てアセトアルデヒドができるのと同じ）。OH が内側の炭素に付くと $\ce{CH3-CO-{}}$ をもつケトン、端の炭素に付くとアルデヒドになる。D はヨードホルム反応を示すので、 $\ce{CH3-CO-{}}$ をもつ2-ヘキサノン（下の図）。

カルボニル基の両側に炭素が付いた化合物の一般名はケトン。

答（構造式）　$\mathbf{D}=\ce{CH3-CO-CH2-CH2-CH2-CH3}$（2-ヘキサノン。構造式は上の図）（3点）

答（一般名）　ケトン（2点）

問4

B は幾何異性体をもつので二重結合をもち、問5 で見るように二重結合を2つもつ2,4-ヘキサジエン。臭素は二重結合1つに $\ce{Br2}$ が1分子付加するので、B 1分子に $\ce{Br2}$ は2分子付加して E（$\ce{C6H10Br4}$）になる（下の図）。

B（1 molあたり82.0 g）の物質量は、mg を1 molあたりの g で割って

$$\dfrac{61.5}{82.0}=0.750\ \mathrm{mmol}$$

係数の比＝モルの比なので、 $\ce{Br2}$ の物質量は B の2倍の1.50 mmol。 $\ce{Br2}$ は1 molあたり $79.9\times2=159.8$ g なので

$$1.50\times159.8=239.7\ \mathrm{mg}$$

小数点以下を四捨五入して240 mg。

答　240（3点）

問5

幾何異性体（シス-トランス異性体）は、二重結合のどちらの炭素にも違う2つの基が付くときにできる。そのような二重結合が1つなら幾何異性体は2つ。B を含めて3つあるので、シス・トランスのある二重結合が2つあり（組み合わせは $2\times2=4$ 通り）、そのうち2つが同じものになる左右対称な形。

2つの二重結合のどの炭素にも違う2つの基が付くには、端の $\ce{=CH2}$（同じ H が2つ付く）があってはいけないので、2つの二重結合はどちらも鎖の内側にあり、両側に炭素が1つずつ必要。炭素6個でこれを満たすのは $\ce{CH3-CH=CH-CH=CH-CH3}$（2,4-ヘキサジエン）だけ。左右対称なので「シス・トランス」と「トランス・シス」は同じ化合物になり、幾何異性体はトランス・トランス、シス・トランス、シス・シスの3つ（下の図）。

「トランス形のみからなる」のは、2つの二重結合がどちらもトランス形のもの。

答　トランス・トランスの $\ce{CH3-CH=CH-CH=CH-CH3}$（構造式は上の図）（5点）

問6

メタノールの OH の H がナトリウムに置きかわり、ナトリウムメトキシドができて水素が発生する。水素 $\ce{H2}$ は、メタノール2分子から1分子できる。

答　$\ce{2CH3OH + 2Na -> 2CH3ONa + H2}$（3点）

問7

C に水素を付けると、分子量が82.0から84.0になる。増えた2.0は水素 $\ce{H2}$ 1分子分なので、C の二重結合は1つ。不飽和度2の残りの1は環で、F はシクロアルカン $\ce{C6H12}$。

G は C の二重結合に水が1分子付いた $\ce{C6H12O}$（環を1つもつ）。

・金属ナトリウムで水素が発生する → OH をもつアルコール

・二クロム酸カリウムで酸化されない → OH の付いた炭素に H がない第三級アルコール（OH の付いた炭素は炭素3つと結合する）

OH の付いた炭素が環の外にあると、環とつながる結合は1本だけなので、残りの2本はどちらも枝になり、それぞれの端が $\ce{-CH3}$ になる（$\ce{-CH3}$ が2つ以上）。よって OH の付いた炭素は環の中にあり、環の2つの炭素と、環の外の1つの炭素と結合する。環の外の基の端がただ1つの $\ce{-CH3}$ で、環にもその基にもほかの枝はない。

環の大きさを変えて、残りの炭素を直鎖のアルキル基にすると、次の3つ（下の図）。

・五員環＋メチル基：1-メチルシクロペンタノール

・四員環＋エチル基：1-エチルシクロブタノール

・三員環＋プロピル基：1-プロピルシクロプロパノール

六員環だと環の外に炭素が残らず、OH の付いた炭素に H が1つ残る第二級アルコール（シクロヘキサノール）になって酸化されるので外れる。3つとも、OH の付いた炭素から環をどちら回りにたどっても同じ形なので不斉炭素はなく、立体異性体を考えなくても3種類。

答（構造異性体の数）　3（3点）

（1-エチルシクロブタノール・1-プロピルシクロプロパノールを答えてもよい）

答（構造式の1つ）　1-メチルシクロペンタノール（構造式は上の図）（2点）

別解

問4

E（$\ce{C6H10Br4}$）は1 molあたり $82.0+159.8\times2=401.6$ g。B と E の物質量は同じなので、付加した臭素の質量は E と B の質量の差。

$$61.5\times\dfrac{401.6}{82.0}-61.5=301.2-61.5=239.7\ \mathrm{mg}$$

小数点以下を四捨五入して240 mg。

次の文章を読み、問1〜問5に答えよ。

(1) $\alpha$-アミノ酸は一般式1で表され、共通した官能基として $\ce{-COOH}$ で表される $\boxed{\text{ア}}$ 基、 $\ce{-NH2}$ で表されるアミノ基を持ち、側鎖Rのみが異なっている。これらの $\alpha$-アミノ酸は、あるpHの水溶液中では一般式2のイオンとして存在する。このように一つの分子中に正・負の電荷を合わせ持つイオンを $\boxed{\text{イ}}$ イオンという。 $\alpha$-アミノ酸の $\boxed{\text{ア}}$ 基と別の $\alpha$-アミノ酸のアミノ基が $\boxed{\text{ウ}}$ 縮合して結合した化合物をペプチドいう。特に多数の $\alpha$-アミノ酸が $\boxed{\text{ウ}}$ 縮合して鎖状に結合した化合物をポリペプチドといい、その中で特有の機能を持つものをタンパク質と呼んでいる。タンパク質中の $\alpha$-アミノ酸の配列順序を $\boxed{\text{エ}}$ 構造、ポリペプチド鎖において比較的狭い範囲でくり返される、らせん状の $\boxed{\text{オ}}$ や波形状の $\beta$-シートなどの高次構造を $\boxed{\text{カ}}$ 構造という。加水分解すると $\alpha$-アミノ酸のみを生じるタンパク質を $\boxed{\text{キ}}$ タンパク質といい、 $\alpha$-アミノ酸の他に糖類や脂質などを生じるタンパク質を $\boxed{\text{ク}}$ タンパク質という。

問1. $\boxed{\text{ア}}$ 〜 $\boxed{\text{ク}}$ にあてはまる適切な語句を答えよ。

(2) トリペプチド X は表1に示す、いずれかの $\alpha$-アミノ酸から構成されている。トリペプチド X について実験を行い、以下の結果①〜④を得た。

【補足説明（試験当日の紙）】トリペプチド X は直鎖状であるものとする。

結果① 濃い水酸化ナトリウム水溶液を加えて加熱した後、酢酸鉛(Ⅱ)水溶液を加えると黒色沈殿が生じた。

結果② 濃硝酸を加えて加熱すると黄色になった。

結果③ 加水分解すると、側鎖に不斉炭素原子を持つ $\alpha$-アミノ酸が生じた。

結果④ 臭素酸ナトリウム存在下で反応させると、主な生成物として化合物 Y が生じた。

表1　 $\alpha$-アミノ酸の名称と分子量

問2. 結果①、②、③からトリペプチド X を構成している三つの $\alpha$-アミノ酸がわかる。それぞれの結果に対応する $\alpha$-アミノ酸の名称を表1から選んで答えよ。

問3. トリペプチド X を構成している $\alpha$-アミノ酸の中で、最も分子量の小さい $\alpha$-アミノ酸の構造を一般式1にならって答えよ。

問4. 結果②で起こった反応の名称を答えよ。

問5. 表1の分子量を使って、結果④で得られた化合物 Y の分子量を計算し、整数で答えよ。

問1

$\alpha$-アミノ酸は、同じ炭素原子にカルボキシ基 $\ce{-COOH}$ とアミノ基 $\ce{-NH2}$ が結合した化合物。水溶液中や結晶の中では、 $\ce{-COOH}$ の $\ce{H+}$ が $\ce{-NH2}$ に移って、一般式2の $\ce{H3N+-CH(R)-COO-}$ になる。1つの分子に正と負の電荷を合わせもつので双性イオンという。

答（ア）　カルボキシ（1点）

答（イ）　双性（1点）

一方のアミノ酸の $\ce{-COOH}$ の OH と、もう一方の $\ce{-NH2}$ の H が水として取れてできる結合がペプチド結合。水が取れる縮合なので脱水縮合という。

答（ウ）　脱水（1点）

タンパク質の構造は次のように分ける。

・一次構造：アミノ酸の配列順序

・二次構造：ペプチド結合の $\ce{N-H}$ と $\ce{C=O}$ の間の水素結合でできる、らせん状の $\alpha$-ヘリックスや波形の $\beta$-シート

・三次構造：側鎖どうしの相互作用（ジスルフィド結合・イオン結合など）でできる、ポリペプチド全体の立体構造

答（エ）　一次（1点）

答（オ）　$\alpha$-ヘリックス（1点）

答（カ）　二次（1点）

加水分解するとアミノ酸だけを生じるのが単純タンパク質、アミノ酸のほかに糖類・脂質・色素・リン酸などを生じるのが複合タンパク質。

答（キ）　単純（1点）

答（ク）　複合（1点）

問2

表1の10個の側鎖を、結果①〜③ の条件で見ていく（下の図）。

・結果①：濃い水酸化ナトリウム水溶液と加熱すると、硫黄が $\ce{S^2-}$ になり、酢酸鉛(Ⅱ)の $\ce{Pb^2+}$ と結びついて黒色の $\ce{PbS}$ が沈殿する（硫黄の検出反応）。表1で硫黄を含むのは、側鎖が $\ce{-CH2-SH}$ のシステインだけ

・結果②：濃硝酸と加熱して黄色になるのは、ベンゼン環がニトロ化されるキサントプロテイン反応。表1でベンゼン環をもつのは、側鎖が $\ce{-CH2-C6H4-OH}$ のチロシンだけ

・結果③：グリシン以外の $\alpha$-アミノ酸は、 $\alpha$ 位の炭素が不斉炭素。問題が聞いているのは側鎖の中の不斉炭素で、表1ではイソロイシンの側鎖 $\ce{-CH(CH3)-CH2-CH3}$ の $\beta$ 位の炭素だけが、H・ $\ce{CH3}$・ $\ce{C2H5}$・ $\alpha$ 位の炭素の4つの異なる原子・原子団と結合している。バリンの側鎖 $\ce{-CH(CH3)2}$ は $\ce{CH3}$ が2つなので不斉炭素ではない

答（結果①）　システイン（2点）

答（結果②）　チロシン（2点）

答（結果③）　イソロイシン（2点）

問3

X を構成する3つのアミノ酸の分子量は、システイン121・イソロイシン131・チロシン181。最も小さいのはシステイン。一般式1の R を、システインの側鎖 $\ce{-CH2-SH}$ にして書く（下の図）。

答　システイン　$\ce{H2N-CH(CH2-SH)-COOH}$（上の図）（3点）

問4

濃硝酸を加えて加熱すると、ベンゼン環がニトロ化されて黄色になる。さらにアンモニア水を加えて塩基性にすると橙黄色になる。ベンゼン環をもつアミノ酸（チロシン・フェニルアラニン）やそれを含むタンパク質で起こる。

アミノ酸・タンパク質の検出反応は、次の組で押さえておく。

・ニンヒドリン反応：アミノ基を検出（紫色）

・ビウレット反応：ペプチド結合2つ以上（トリペプチド以上）を検出（赤紫色）

・キサントプロテイン反応：ベンゼン環を検出（黄色→橙黄色）

・硫黄の検出反応：硫黄を含むアミノ酸を検出（ $\ce{PbS}$ の黒色沈殿）

答　キサントプロテイン反応（3点）

問5

X は直鎖のトリペプチドなので、3つのアミノ酸がペプチド結合2つでつながり、水が2分子取れている。

$$121+181+131-18\times2=397$$

臭素酸ナトリウムは酸化剤。システインの $\ce{-SH}$ は酸化されると、2つの $\ce{-SH}$ から H が取れてジスルフィド結合 $-\ce{S-S}-$ をつくる。

$$\ce{2R-SH -> R-S-S-R + 2H+ + 2e-}$$

X 1分子にシステインは1つなので、X 2分子が1か所のジスルフィド結合でつながったものが Y（下の図）。Y の分子量は、X 2分子分から H 2個分を引いて

$$397\times2-1.00\times2=792$$

答　792（5点）