✏22(令和4)【新潟大】化学1⃣~4⃣医学部
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高校全学年
1⃣問3の溶解度積計算、2⃣問4のアラニンイオンモル比、3⃣問3のエステルK構造決定、4⃣問2の圧平衡定数計算、問3のヘンリー計算辺りが難しく、差がつくだろう。
3⃣は、本年度大阪公立大学に類似問題あり。
ノートテキスト
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②スクローズ/ HO- OH 014 OH OH HO + OH ーグルコース OH β-フルクトース 咄左右回転 HO -OH 逆転 HO. TH HO ② HO OH OH Thank you for visiting ! HO- 04 UH on 0 HO ① ↓ ヘミアセタールがなくなり GH 還元性なし 〆ーグルコース OH β-フルクトース
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次の文章を読んで 問1~ 問5 に答えよ。 ハロゲンは,周期表において (1) 族に属する元素の総称である。 ハロゲ ン原子は,価電子を (2) 個もち, (3) 価の陰イオンになりやすい。 主なハロゲンは, フッ素, 塩素, 臭素, ヨウ素で, フッ素と塩素の原子番号はそ れぞれ9と17である。 臭素の原子番号は (4) であり, 臭素原子のM殻に は (5) 個の電子が入っている。 N殻に入ることのできる電子の最大数は (6) 個であるが, ヨウ素原子では (7) 個入っている。 これらの元素 族の元素に次いで大きい。 (a) のイオン化エネルギーは, 同一周期では (8) ハロゲンは,金属元素とイオン結合の化合物をつくることが多い。 塩化銀は水 に溶けにくい化合物で, 水溶液中の塩化物イオンの定量に利用される。 ハロゲン (b) と水素の化合物はハロゲン化水素といい, 水によく溶け, 水溶液は酸性を示す。 問1 空欄 (1) ~ (8) にあてはまる最も適切な数字を書け。 問2 次の化合物(A)~(C)はすべて塩化ナトリウム型の結晶構造をとる。 これらの 化合物について, 結晶のイオン結合を切断して、 気体状態のばらばらのイオ ンにするのに必要なエネルギーを比較し, エネルギーの小さい順に左から記 号を書け。また,そのような順になる理由を説明せよ。 (A) フッ化ナトリウム (B) 臭化ナトリウム (C) 臭化ルビジウム -11- ◇M5 (460-79)
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問1 (1) 17 (2) 7 (3) 1 (4)35 (5)18 (6) 32(7) 18 (8) 18 (5) 35Br 7 KLMN →2+8+○+ク (6) 272(n=4) 2×4°=2×16=32 (7)53 I KLM N 0 2+8+18+ +7 35-17=18 (Iはん+18 53番) 53-35=18 (8)希ガスのイオン化エネルギーは同周期 max ( 問2 (C)<(B)S(A) 小さい順 (A)NaF(B) NaBr(c)RbBr 陽イオン半径の中心からの距離が短い(近い)ほど 静電気力が増え、イオン結合が強くなるため、 (A) NaFと(B) NaBrなら、陽イオン同じで陰イオンは 原子番号 大ほど距離が離れるからイオン化はなる よって(小) NaF(B) Na Br (B) Na Brと (C)RbBrなら、陰イオン同じで陽イオンは 原子番号など半経大で距離が離れるからイオン化 よって (B)NaB2>(C)RbBr 3. (C) < (B) < (A)
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問3 下線部(a)について, 次の(1)と(2) に答えよ。 ただし, 塩化銀の溶解度積は 2.00 × 10-1mol/L2 水の密度は1.00g/cmとし, 溶質の溶解による体 積と温度の変化は無視してよい。 なお, 必要であれば√21.41, xの大き X 2 さが1より十分小さいときに成り立つ近似式 1 + x ≒ 1 + を用いよ。 (1)水100gに溶解する塩化銀の最大質量は何gか, 有効数字2桁で求め よ。 計算の過程も示せ。 (2)1.00Lの塩化銀飽和水溶液に 1.00 × 104molの塩化ナトリウムを溶か したとき, 沈殿する塩化銀は何gか, 有効数字2桁で求めよ。 計算の過 程もせ。 問4 下線部(b) について, 次の(1)と(2) に答えよ。 (1) フッ素を除き, 周期表でより下側に位置するハロゲンほどハロゲン化水 素の沸点は高い。 その理由を説明せよ。 (2) フッ化水素の沸点は他のハロゲン化水素の沸点に比べ著しく高い。 その 理由を説明せよ。 問5 塩化ナトリウム水溶液に対して,陽極, 陰極ともに炭素電極を用いて電気 分解を行うと,一方の電極から塩素が発生する。 塩素は水に溶け,一部が水 と式①のように反応して次亜塩素酸を生じる。 次の(1)~(3)に答えよ。 Cl2 + H2O HClO + H+ + Cl (1) 塩素が発生する電極とは反対の電極で主に起こる反応を, 電子 e-を含 むイオン反応式で書け。 (2) 式①にもとづいて, 塩素が次亜塩素酸に酸化される反応を,電子 e を 含むイオン反応式で書け。 導出の過程も示せ。 (3) 式①が平衡状態にあるとき, 水溶液のpHを小さくすると, 平衡はどう なるか, 次の(A)~(C)から選び, 記号で書け。 また, そのようになる理由を 説明せよ。 (A) 移動しない (B) 左に移動する (C) 右に移動する -12- ◇M5 (460-80)
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問3 (1)飽和水溶液のモル濃度をxuoxとすると Ksp(Agce)=[Ag+][c]=xxx ふx = x26x2=2,00×110 V2×105mol/÷1.41x10.5(mol%) 水100gに溶解するAgelの男大質量(g)=1.41×105F)×1 (AgCl=143.5%/11) (2)1.00LのAgCl飽和水溶液 から折出するAyuのmolを x(mol)とすると、全体1であり、 100g = ( 100mL) 18/19354 72,02×10-4 -4 =2.0×10 9 // (mol) 1000 [Ag+]は Agulと同モルだが、(c)はNac由来のも考えて、 それぞれ&mol反応したとすると、 [As*J= -5 1.00×10-4 mol .4 [Aq*) = √2 ×10-3 _x (m/k), [u] = √2 × 10 5 + 100x10 * -x (mol/L) 100 ksp(Aace) = 2.00×10-10(mol/L)より、 1,00 ax2+bx+C= 0 = -bb2-4ac 2a 使う (解の公式) → x これを使うと FFを展開する -61162 -ac x= が出て a (√2×10^5-x) (V2X105+1×109-x)=2×10-10 (x^2-(2√2+10)x10x+10/2×10020 (2√2+10)×10±√√1.08×10-4 x= 2 ax2+2bx+c=0 2V2+10= 2(+5) (×52×10-5) =(2x1.41+1010-5-104×10~4 2 =(2.82+10-10.4)×10-5 = = 2 12.82-10,4 2 2.42×10-5 2 ×10-5 与えられていな ので上の式を 使って、に 代入するしかない √√√(2√2+10) 2x1024 (10√2 × 10-10 = √108× 10-10 + 40√2*10402810-1 =108×10-4=1.04×104 近似 (V1.08÷1+aa=1.04 より) =1.21×10-5ml よって、沈殿するAgCl(g)は、 2 1.21×105mol×143.5%/01÷1.736g =1.78(2173)
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P4 (1) 分子量が大きいほど、ファンデルワールス力が大きいから。 (2) フッ化水素には他のハロゲン化水素になし、 があるから。 問5 反対の電極ではH↑(水溶液は塩苳性だから、OHの式) (1) (2) 1096 2120+ze- (イオン反応式) → H2↑+20H- +2H+ + 2e- (+1) cl2+2H2O →2Hceo (0) [尊出の過程 →右上Hcoと記入。方の改を2にするため2HCOとする。 → 2HCO まずたに cz cl2 左辺にHLOを加え、右辺にH+を記入。 左 2H2Oとなるからな2HTとする。 cl2+ H2O → 2140 + H+ G Cez+2H2O→LHCO +2H+ 電荷をそろえるため、右辺に2点を加える :ch +2Hh0→2HClO+2H++ 2e- (完成) (3) (B) 左に移動する u+ H2O2HQo+H++u-の式(平衡状態で 2 水溶液のpHを小さくすると、H+が増える。→[H]が大きくなる。その結果 ヤトリエの原理により、和らげる方向、つまり左に移動する。
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2 I 糖類とアミノ酸に関する次の文章を読んで, 問1~ 問4に答えよ。 (a) スクロース (ショ糖) は, 希硫酸との加熱やインベルターゼ(またはスクラー ゼという酵素の作用により, グルコースとフルクトースに加水分解される。 スクロースは還元性を示さないが, グルコースとフルクトースは還元性を示 す。 アミノ酸の1種であるアラニンは,酸と塩基の両方の性質を示す両性化合物 である。 水溶液中ではアラニンは, 電離平衡により陽イオン, 双性イオン, 陰 イオンの状態で存在し, 水溶液のpHにより各イオンの割合が変化する。 問1 下線部(a) の反応を表す次の化学反応式中の空欄 (ア) と にあてはまる分子式を書け。 (イ) (ア) + (イ) → C6H12O6 + C6H12O6 (グルコース) (フルクトース) 問2 スクロースの構造式を、例として示すグルコースとフルクトースの構造 式にならって書け。 また, スクロースが還元性を示さない理由を説明せよ。 (例) CH2OH CH2OH H H H H OH H CH2OH H H C OH H OH H HO HO OH HO H HO OH I H OH α-グルコース ( 六員環構造 ) H OH OH H β-グルコース ( 六員環構造) α-フルクトース ( 六員環構造) H H H HO CH2OH O. CH2OH O OH CH2OH OH C C H HO H HO HO CH2OH TOH CH2OH OH H β-フルクトース ( 六員環構造) OH H α-フルクトース ( 五員環構造) -13- OHH β-フルクトース (五員環構造) ◇M5 (460-81)
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問3 アラニンの陽イオンおよび陰イオンを構造式でそれぞれ書け。 問4 水溶液中でのアラニンの陽イオンをA+, 双性イオンをA, 陰イオン をA- と表すと, これらの間には次の平衡が成り立つ。 A+ A + H+ A A + H+ アラニン水溶液のpHが 8.0のときのAとAのモル濃度は,そ れぞれA+のモル濃度の何倍になるか求めよ。 導出の過程も示せ。 ただし, 式①の電離定数 K および式 ② の電離定数 K2 は, それぞれ 5.0 × 10-mol/Lおよび2.0×10 -10 mol/L とする。 - 14- ◇M5 (460-82)
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2 PA 1 (ア) 問2 Hache C12 H22 011 (1) H₂O HOCHI M OHH ok 0 H OH 6. CH2OH 2 HO ①ひっくりかえして 6CH2OH 0. .O. CH201+ H H OH H 04 OH H H C2 d-グルコース β-グルコース 4OH H HO HO OH CH2OH C- 13 12 部分が、脱水縮合し、つぶれたから、 理由:1.2グリコシド結合により、還元性の あるメーグルコースの1位とβ-フルクトースの2位の 16東環 (5) H、 OH OH α-グルコース β-フルクトース ( 六員環構造) ( 五員環構造) ②上下反転させ 12グリコンド結合 させる。 ③メーグルコースとくつける 問3 陽イオン(H3 陰イオン CH3 K + "NH3-c-q C- - GH NH2-C r 8-0- H H 問4 アラニン水溶液PH=8.0のとき1A+AL+H+ より ki [A] [H] 1.ux = より (H+)=10-8 AF@ATH [A+] [A+] 1 [A+] Ki k2 = [A][+]より、 [A] [H+] 5.0410-3 = 10x10-8 =5,0x108- 5.0x10mm) = . [A+]:[A+]=1:500x105 [A-] [A+] K2 こ = (H+) 2.0410-10 1.0×10- 2.0×10-2 =20×10-2 = (10 [A]:[A']=1:2.0×10-2 〇をまとめて、 [A+]:[A+]:[A-]=115x13:5.0×105×2.0×10210×102=)×18 よって [A+]は5.0×105倍 [A-]は60x104倍/ 11
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II 重合体の平均分子量を求める実験に関する次の文章を読んで, 問5~ 問8に 答えよ。 アジピン酸とヘキサメチレンジアミンを物質量比1:1で縮合重合させた。 (b) 得られた鎖状の重合体は, (1) 基と (2) 基を両端に一つずつもっ ていると考えることができる。 ただし, 使用した単量体はすべて重合体に変化 したものとする。 重合体の平均分子量は,重合体中の各分子の分子量の総和を 分子の総数でわることで求めることができる。 重合体の試料中に含まれる (2) 基の数から, 重合体の平均分子量を計算するために滴定実験を行っ た。 [滴定実験〕 7.0gの重合体を適切な溶媒に溶解し, pH指示薬を加えた後, 0.10mol/L (c) の水酸化カリウム溶液で滴定したところ, 中和点までに3.2mLを必要とし た。 問5 空欄 (1) と (2) にあてはまる最も適切な語を書け。 問6 下線部(b)で得られる重合体の構造式を書け。 繰り返し単位の数はnと すること。 問7 下線部(C)について,この実験で用いるのに最も適しているpH指示薬を メチルオレンジ, フェノールフタレインから選べ。 また, 適していると考 える理由を説明せよ。 ただし, (1) 基は滴定実験に影響しないもの とする。 問8 この実験で得られた重合体の平均分子量を求めよ。 有効数字を2桁と し, 導出の過程も示せ。 -15- ◇M5 (460-83)
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(酸としてcoon数は価数) 計算問題で使うので(1)と(2)の逆はダメ 立 問6 問5 (1) アミノ (2) カルボキシ 136 111-111) ---(CH3)4 0 - (CH2) 6-N-C- (CH2) 4 - G Ho 0 n 問7(指示薬):フェノールフタレイン (理由)ナイロン6.6は弱酸、KOHは強塩基の酸塩基反応であり、 中和点は加水分解により、塩基性側になるため、変色域が 塩基性側にあるフェノールフタレインが適している 平均 問8 cool 1価×KOH1価どうしの中和・この重体の分子量をMと すると 7.09 = 1価×0.10mol/x32 L M=2.18×104 M%/201 1000 (2ケ) ≒2.2×104
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3 [注意] 構造式は下の (例) にならって簡略に示せ。 (例) H H CH2-CH 21 H I 次の文章を読んで, 問1 ~ 問4 に答えよ。 分子式 C4H4O4の2価カルボン酸 (ジカルボン酸)には三種類の異性体 A~C が存在する。 AとBは幾何異性体の関係にある。 Aは140~160℃に加熱する と化合物 D になる。 分子式 C2H2O4 の2価カルボン酸Eは還元性をもつ。 分子式 CxHyO2で表されるエステルFの分子量は186.0であり, Fに水酸 化ナトリウム水溶液を加えてけん化すると,化合物GとHが生成する。 Hは 不斉炭素原子をもつ。 G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, 黄色沈殿とHが生成する。 トルエンを濃硫酸とともに加熱すると, ベンゼン環上の水素原子一つが置換 された化合物I ~K が生成する。 これらは置換された位置が異なる異性体であ る。 問1 化合物 A~D を構造式で書け。 問2 化合物Eの1分子は, 還元剤としてはたらくと2分子の二酸化炭素を 生じる。 60~80℃に加温したE の水溶液に希硫酸を加えて強酸性とし, ここに過マンガン酸イオンを含む水溶液を加えると酸化還元反応がおこ る。 酸化還元反応のイオン反応式を書け。 問3 エステルFを構造式で書け。 ただし, 不斉炭素原子の存在により生じ る異性体については,書かなくてよい。 問4 化合物 I~K を構造式で書き, 置換基の位置関係の名称を, それぞれ答 えよ。 17- ◇M5 (460-85)
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3 H 分子式 Ca Ha 04 (ジカルボン酸) 幾何 CHO ((シス)マレイン酸 確定 4.4.4ときたら(トランス)フマル LP 問1 A シス C=C< H B H は トランス 0 C- -OH = -01+ HO- +1 無水 H C=D は -OH ① C=C s-or 140℃ これより 無水 Azu 確定 H. 2価カルボン あり ⑦C2H2 04 te ichty (Cool)2 C=6 シュウ酸 確定 O=C (COOH)→2002+24+25 b120 Mnoff +++se Mat+420 問2 問3 5 (Coor)2+2MnOg+6H+→10CO2+8H2O CxHgOz エステル FM=186%,12x+y+32=186 NaUH Naor ↓みん H CHI3 H CHI」とができる。 ⑤とはともにC5 CH - CHI3=C10 ⑨アルコール カルボン 12x+y=154 x=11.y=22 X=10だと あり るこ大きちぎる オレこにだ 小さすぎる 水あり G 黄色 M (1) 0 - G HO-C C -CHZ3 C6 7"C5 問4 C5 CH3-CHECH-C CH3 0 0- ここはCourに変化するからXはつぶれ CA-CA-OTCH3 ( CIT3 CH₂ Cける + ヨードホルム G ができるこ I.J.K (順不同)トルエンをモノスルホン化した2換体をかく、 CH3 SOSH 74910- オルト ・SOSH m- 50317 メタ P- パラ
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Ⅱ アニリンからアセトアニリドを合成する実験について, 次の文章を読んで 問5〜問7に答えよ。 ビーカー① に酢酸ナトリウム 5.9g を入れ, 水20mLを加えて水溶液とし た。 ビーカー② に水 80mLを入れ, 濃塩酸 (濃度12mol/L) 3.4mLを入れて薄 めた。 ビーカー②にアニリン 3.7mLを入れ, かき混ぜて溶解させた後, 50℃ に温めた。 ビーカー②に無水酢酸 4.5mLを入れ, かき混ぜた後,この溶液を ビーカー①の中に注いだ。 かき混ぜて反応を進行させた後, 氷浴中で冷却して 結晶を析出させた。 結晶をろ過により分離し, 少量の水で結晶を洗った後, シャーレ上に取り出して乾燥させた。 結晶の量は3.9gだった。 (出典: 「化学実験」 東京大学出版会の 「3.1 アセトアニリドの合成」 を改変し て作成) 問5 原料のアニリンは,ニトロベンゼンにスズと過剰の塩酸を加えて還元す ると生じる化合物L を, 塩基で処理することで得られる。 ニトロベンゼ ンからLが生成する反応の化学反応式を、 全ての反応物を左辺に示して 書け。 なお、ニトロベンゼンとLは構造式で書け。 問6 実験で用いたアニリンと無水酢酸の物質量を求めよ。 なお, 有効数字は 2桁とする。 ただし, アニリンの密度を1.0g/cm3, 無水酢酸の密度を 1.1g/cm とする。 問7 得られた結晶を純粋なアセトアニリドと考え, 用いた原料物質の量から 理論的に得ることができるアセトアニリドの最大物質量に対し, 実際に得 られたアセトアニリドの物質量の割合を百分率で求めよ。 なお, 有効数字 は2桁とする。 求める過程も示せ。 18- ◇M5 (460-86)
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H Noz NH3CO ¬61434 問5 Lはたリン塩酸塩 かる信者を Su → Su clu 決める HO→ H20 ・NO2 21 「 Eu +1440 26 NH3ce +3,5nCl4 +4420 問6 アニリン(D=3.7mL×1.0%/cm3 ≒0.03978.=4.0×10-2(01)〃 無水酢酸(col)=4.5ml×1.19/cm² 938/mol 0.0485. = 4.9 x 10-2 (mol) 〃 (CHSCO)20 (5+28 86+16 102g/ml 問7 4342=102 NF₂ NHCOCH3 アニソン:アセトアニリド こに反応だから (93) (139) ①アニリン(1)=3.7×10(mo)←間6より ②アセトアニリド(mol) = 93 3.9(mol) 135 アセトアニリド(%)= ×100 3.9 3.9 1 135 = -X100 T35 3.7 93 93 X. ×100+76=73% 〃 3.)
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4 次の文章を読んで, 問1~問3に答えよ。 ただし, すべての気体は理想気体と する。 一酸化炭素 CO (気) と水蒸気H2O (気)から水素H2(気) を製造する方法とし て,高温で式① の反応を用いる方法がある。 CO (気) + H2O (気) CO2(気) + H2(気) ① しかし, 式 ① の反応は可逆反応なので, 平衡状態に達するとそれ以上 H2 が増加 しない。 温度が低いほど式 ① の反応の圧平衡定数は大きくなるが, 反応速度が遅 (a) くなって反応に必要な時間が長くなる。 そのため,高い温度で式 ①の反応を行う とき,他の気体成分とは反応せず二酸化炭素 CO2(気)のみを吸収して固体を生 (b) 成する固体物質A を容器に入れて,生成した気体中のCO2濃度を低くしH2 濃 度を高くする方法が考えられている。 H2 濃度の高い気体を得るためには,反応して生成した混合気体を冷却して反 応を停止させた後にCO2 を溶解する液体と接触させて気体中のCO2 を取り除く 方法もある。 問1 下線部(a)について, 次の(1)と(2)に答えよ。 (1)平衡状態での CO, H2O, CO2, H2 の分圧をそれぞれp (CO), p(H2O), p(CO2), p (H2)の記号で表したとき, 式 ①の圧平衡定数をこれ らの記号を用いて表せ。 (2)式① H2 が生成する反応は吸熱反応か, 発熱反応か書け。 -19- ◇M5 (460-87)
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問2 下線部(b)について, 分圧の単位をPaとしたときの式 ① の圧平衡定数の 値が2.25になる温度で物質Aが存在する条件で反応を行うことを考え る。 10.00molのCOと13.00 molのH2Oと物質Aを容器に入れ, 全圧を 5.00 × 105 Pa に保ったまま式 ① の反応を平衡状態に到達させた。 そのと き x[mol] のCO2が物質Aに吸収され, 気体中のCOの物質量が 1.00 mol になった。 容器内のH2O はすべて気体の状態であるとする。 次の(1)と(2) 答えよ。 (1) 平衡状態での気体中のH2O CO2, H2 の分圧を, それぞれxを用いた 式で書け。 ただし, 全圧はPで表すこと。 (2)xの値を有効数字3桁で求めよ。 計算の過程も示せ。 問3 下線部(C)について, 冷却した後の混合気体を液体と接触させて気体から CO2 を一部除去することを考える。 ヘンリーの法則が成立し, CO2分圧が 1.00 × 105 Pa のとき液体1.00Lあたり CO2 が 4.00 × 10-2 mol 溶解する 条件で考える。 全圧 5.00 × 105 Pa を一定に保ったまま CO2 を一部除去し た後の混合気体中のCO2の物質量の割合を 2.00% とするとき, 液体に溶 解させる CO2 の物質量 1.00 molあたりに必要な液体の体積をLの単位で有 効数字3桁で求めよ。 計算の過程も示せ。 ただし, 混合気体と接触する前の 液体にはCO2は全く溶解しておらず, H2O (気)の凝縮や液体の蒸発は無視 する。 CO2以外の気体は CO2 の液体への溶解に影響しないものとする。 -20- QM5(460—88)
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Co + H2O COL+H2 問1 (1) kp: P(co2).p(Hz) こ P(CO) P(H2O) ①. 3 (2) 発熱反応←低温ほど①のKp因より お向きに進んだことから、 1 of 92 (1) co + H2O 2 CO2 + H2 前 To 13 0 (m017 今圧中より 反応 - a a a a (=4より) 分圧=Pメモル分率 10-9=1より a=9 :. P(120) = x 19 (mol Aにxmlの買収される 金モル(+4+9+9=23mul ここから xml 002374254 (23-2)201 4,00 P(42) 23,00-X 9,00 23,00-x (PC0)=23,00-xP) (2) kp=2.25より、間正式に問2の分圧の値を代入すると、 kp 9 123²x²R (9-x) x9 23-2 9. -x 23-x ・R. = -R. 4 1×4 -R 23 x 23-% =2.25 P, P(CO2)= 9.00-x 23.00-x P P (coz)P(Hz) = P(CO)・P(Hzo) 9(9-x)=9 問3 81-9x= 9 9x=72 混合気体中のCO2 圧力は全圧の2%より、 Pcoz)=5.00×105×2:00 x=8:00 mol4 (3175) 700 = 1,00×104 Pa 求める仕程で ↓ 溶解量(ml)×圧力倍×往復信= この圧力下、体積での (4.00(mol)×10×1.00x10kPa 2 X TOL =1.00(mol) Lux Pa IL =溶解量(mol) ↓ XLとすると ヘンリーの法則を使い Imulあたりの体穫を 求める X = 10 x 10² = 1000 = 250 (L) 4
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化学
(1)で、粒子の熱運動が激しくなり、他の粒子と衝突する回数が増えるから。 ではだめですか。
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