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平成 25 年度専攻科入学試験問題

物質工学専攻

ド￨￨:￨

諸 注 意

1  .問題用紙は、表紙も含めて全部で 15 枚です。

2 . 出題分野は、 I 分析化学、 E 無機化学、 E 有機化学、 W 物理化学、

V 化学工学、羽生物化学、 v n 材料化学の

分野です

このうち 5 聞を選んで答えてください。

3. 選んだ問題の記号( 1  ‑ ‑ v n ) を下記の表に記入してください。

4. 試験時間は 2 時間です。

5. 退出は 1 時間後から可能です。試験問題用紙を裏返しにし、試験監督者の許可 を得て静かに退出してください。

6. 開始の合図があるまで本問題用紙を開かないでください。

合 計

(採点欄です。受験生は記入しないでください。)

問題 1 (分析化学分野) i 点 : ぷ

問1.重量分析に関する以下の聞に答えよ。 (15点)

①  塩化ノ〈リウム2水和物に硝酸銀を加えて AgCl沈澱を生成させ、これをろ過乾燥して塩化物 イオンを定量する。その化学反応式を記入せよ。

②  上記の反応において、 ^t硝酸を入れる過程がある。そのタイミングと理由を述べよ。

③  沈澱を生成する過程で、沈殿剤を盆とζ入れて担塾する。その理由を述べよ。

④  ガラスフィノレターの種類と規格について説明せよ(例:[lG3J型)。

⑤ AgClの感光作用について説明せよ。また、太陽光 (hv) を用いてその化学反応式を記入せ よ。

間2.硬度に関する以下の問いに答えよ。 (6点)

①  E D T Aを用いた硬度の測定において、用いる童丞塞と定量できる成分を下記に記入せよ。

②  以下に記すミネラ/レウォーターを硬度の高い順に書け。

天然水南アルプス(日本)、コントレックス CCont四 x)、エピアン Cevian)、 ボノレピック CVolvic) 

問3.以下の設問について答えよ。なお、アボガドロ数は6.02X 10²³とする。 (9点)

① Au原子2個の重さは、何グラムか (Auの原子量は、 196.967[g / mol]とする)。

②  水分子200個の重さは、何グラムか(水の分子量は、 18.02[g / mol]とする)。

③  5.0 X 10‑³ [mol/L]のHCl溶液のpH。

pH 

問4.2.0 X 10‑⁷ mol/LのHCl水溶液のpHおよびpOHを求めなさい。

Kw=1.0 X 10‑14とする。

pH  pOH 

(1 0点)

問題 1 1 (無機化学分野)

点 :40点)

問1. 次 の 文 中 の ( )に適当な語句を入れよ。 ( 1点

x

原子は正電荷を帯びた(①)と負電荷をもっ(②)からできており、前者は(③)と(④)から 成る。自然界には(③)と(④)の数の組合せによって数百種類の原子が存在しているが、それ ぞれを核種とよび、同じ数の(③)からなる核種を(⑤)という。(⑤)は同じ数の(③)を

もち、同じ化学的性質をもつもので、その集合体を(⑥)とよんでいる。(@ )を特徴付ける (①)に含まれる(③)の数を(⑦)とよぶ。

原子番号55番の 137CSは、核分裂生成物の一つであり半減期が長く、また塩が水に溶けやすく 反応性が高いので扱いにくい核種である。この原子には、(⑧)個の(③)と、(⑨)個の

(②)、(⑮)個の(④)がある。

①  ② 

@  ⑦ 

問 2.有効核電荷Z*eのZ*値は スレータの規則によりおおよその 値を見積もることができる。

以下の中性原子の基底状態での 電子配置を書いて、指定の電 子の1つが感じる Z吋直を求めよ。

なお、()内の数字は原子番号。

((2+3)点X2)  [電子配置の解答例]

H :  ls1 

① S (16)  [電子配置]

最外殻電子が感じる

T

② Fe (26)  [電子配置]

3 d電子が感じる

T

③  ④  ⑤ 

⑧  ⑨  ⑩ 

ス レ ー タ ー @ 繍 周

有効機電荷

z . ，

z* == 

z‑s 

この規則を適用するために.軌道をつぎのようなグループ心分ける.

[1s}  (2s2p] (3s3p) (3d) [(s4pJ [剖][4f)  [5s5p]  [剖][困…

.すべてのグループについて，ぞれよ町右側のグループの電子は遮へいに寄 与しない.

.[畑町]の電子に対する遮へい定数

同じグループの電子:0.35  (ただし 15は0.30)

量 一1のグループの電子:0.85 

ー‑2以下のグループの電子:1.0 

・[lId).[叫の電子に対する遮へい定数 同じグループの電子:0.35 

左側のすべてのグループの電子: 1.0 

問3.周期表の1Hから36Krまでの元素について、以下の問に元素記号で答えなさい。

ただし、 1つの問題に答が 1っとは限らない。 (1点

x

①常温、 1気圧で単体が気体である元素は何か。 (5つ以上答えなさし、)

②ポーリングの電気陰性度が最も大きい元素は何か。

③ 1気圧の下、 100'C以下で融解する金属元素は何か。 (2つ以上答えなさし、)

④イオン化エネルギーが最も大きい元素は何か。

⑤閉殻構造をもち、最外殻の電子が8個である元素は何か。(全て答えなさし、)

問

4 . O

O

またその理由を分子軌道法の観点より説明せよ。 (5点)

間5.塩化ナトリウムのボルン・ハーパー

サイクルについて次の間に答えなさい。

N a ( s )  

~INaCl(s)I/.

② 

(1)図 の ① か ら ⑥ の エ ネ ノ レ ギ ー は 何 か 。 + 語句を日本語で答えなさい。(1点

x

戸 石

匂)

① 

一一￥

② (  

③ (   ) ⑤ (  

④ (   ) ⑥ (  

(2)通常使われる記号(d.H_s u b、U_NaC1、Dc1‑C 1、 E_A、 EJ) を用いて、d.

H

を書きなさい。符号と係数も明記すること。 (4点)

d.Hf 

= 

問題 ill( 有機化学分野)

点 :40点)

問1.以下の間いに答えなさい。 (5点

x

(a)テトラフルオロエテンを単量体としてラジカル重合により得られる高分子物質、ポリテトラ フルオロエチレン(テフロン)の構造式を示しなさい。

(b)以下に示したカノレボ、ン酸誘導体の一般名を記載し、求核アシル置換反応性の高い順に並べな さし、。

(A)  (B) 

( C )   ( D )  

j L   _{R 人。)l R}

R 人 ^OR j L  

反応性は高い1)慣 に (

> (  )  > (  )  > ( 

( c )

( L e w i s

(原子番号 ;6C、 ¹²

0

C 3  

AU凶

¥ 仏 /

0 0

︑ )

﹁ C

H

< 解 答 欄 >

( a )   ( b )   ( A )  

( 8 )  

( C )  

( 0 )  

)  > (  )  > (  )  > ( 

( c )   ( d )  

間2.次の反応の主生成物の構造式を答えなさい。 ⁽⁴点

x

( a )  

1 )   CH3

19Br

︑ ︐ ノ

LU  

Ja

︐ ︑

CH3CH2CH2C

CH

2 )   H30+ 

H

S0

HgS04 

( c )  

む ^HN03 

( d )  

H 

c 

q4 H C 0 

0 

勺 ︐副

H 

c 

qd 

u H  

C 

( e )  

σ+  ^人。人

H

S0

2S

C 

1 )  

OCH 2 CH 3

+CH3CH20H  2 )   H

0+ 

。

問題 N ( 物理化学分野)

配 一

︐︐︑‑

︑ ︑

︐

F

‑

点 一 O一 Z 4

一

! : 

千 点 一

(注意)気体はすべて完全気体とし、気体定数Rは8.314

J 

問1.ある揮発性の液体 O.150 gを 373K、90kPaのもとで全て気化させたところ、その体積は 66.3 cm³になった。次の計算を行え。

(1)この気体の体積を 298K、101kPaに換算すると何cm³になるか。

(8点

x

(2)この揮発'性液体のモル質量 (g/mol)はいくらか。

問2.モル質量が 342g/molのスクロース(ショ糖)の 4.00gを水 100gに溶かした溶液がある。

(8点

x

(a) スクロースの質量モル濃度はいくらか。

( b )  

Kf

8 6

・ k g

m o l ‑

問3.次の文は、物理化学的現象や内容に関する人名のついた法則または式を説明したものであ る。それぞれに適する人名を文末の[

J

x

(a)液体混合物中のある成分の蒸気圧は、その成分の混合物中でのモル分率およびそれが純粋な ときに示す蒸気圧に比例する。[

J 

(b)出発物質から生成物に至る反応熱は、どんな経路をたどっても変わらない。[

(c)系の平衡状態を定めるための自由度Fは、その成分数Cと相の数Pから F= C ‑P + 2で与

えられる。[

J 

(d)反応に関与する物質のモル熱容量を使って、ある温度の反応エンタルビーから別の温度での 反応エンタルピーが計算で、きる。[

J 

問題 v (化学工学分野)

点 :40点)

(注意)すべての問題において途中計算を記すこと.

問1.メタノール28wt%、水 72wt%の混合液を 100kg/hで蒸留塔に供給し、塔頂から 95.5wt% 

のメタノーノレを含む留出液を、塔底から1.0 wt%のメタノーノレを含む缶出液を取り出したい。

このときの留出液量[kg/h]および缶出液量[kg/h]をそれぞれ求めなさい。全物質収支式およ びすべての成分物質収支式もあわせて答えること。 (1 0点)

間2. 15 A鋼管(外径21.7mm、厚さ 2.8mm)を用いて、 20"Cの水を流量1.5 m³/hで輸送する場 合のレイノルズ数を求めなさい。また、流動状態(層流または乱流)を判定しなさい。ただ し、水の密度を 1000kg/m³、水の粘度を 0.001Pa.sとする。 (1 0点)

問 3.25A鋼管(外径34.0剛、厚さ 3.2mrn)を用いて水を 5.0m³/hで地下タンクかも 30mの高 さに設置の貯水タンクまでくみ上げたい。流れのエネルギー損失が 10J/kgであるとき、水 1 kgあたりポンプによって与えなければならないエネルギー[J/kg]を求めなさい。ただし、

重力加速度は9.8m/s2とする。また、地下タンク容積は非常に大きく、液面は常に一定で変 化 し な い と み な せ る も の と す る 。 (1 0点)

問4.厚さ 120mrnの工業炉用れんが壁がある。れんが壁の内面温度が 250"C、外面温度が 150⁰C であるとき、れんが壁面 10m²あたりの熱損失[kwJを求めなさい。ただし、れんが壁の熱伝 導率は0.90

w /  

問題 VI( 生物化学分野)

ⁱ

点 :40点)

I 

問1.次の文章の空欄にあてはまる語を答えよ。 (3点

x

遺伝子の本体である DNA(デオキシリボ核酸)の構造はワトソンとクリックによって明らかに されたように( 1  )構造になっている。 ( 1 )構造の二つの鎖はデオキシリボヌクレオ チドのポリマーで、ある。デオキシリボヌクレオチドはリン酸基とデオキシリボースと塩基と呼ば れる部分から構成される。 DNAの塩基はアデ、ニン、 ( 2  )、グアニン、シトシンのいずれか であり、 ( 1  )構造の中で、アデ、ニンと( 2  )、グアニンとシトシンが相補的に結合し ている。この塩基の並び方(塩基配列)が遺伝情報を担っており、 3つの連続する塩基配列、す なわちコドンが、対応するタンパク質の 1つ の ( 3  )の種類を指定する。塩基配列が持つ遺 伝情報が、タンパク質のアミノ酸配列に変換される過程を( 4  )上しづ。

ヒ

^{( 4  )} 

︑ ︑

︐

Jti 

︐ ︐

E︑

問 2. あ~おの構造式を持つ生体物質名を a~i から選び、記号で答えよ。 (2点

x

あ L

、

市 主 ^{L o H} σ1 ト ^{H 同 ￥ ザ}

え

γ y t O H  

^。

/'、-../~、-../、-../、、./"、-../、、/ .... 、/...OH

a. スクロース b.セルロース C. グルコース d. アデノシン e.デオキシリボース

f. フェニルアラニン g. ステアリン酸 h. アスパラギン酸 i.  リボース

︑

︐  ・ ゎv

••••••••

E E ‑ ‑

‑ ‑ ‑ ‑

‑ ‑ ‑ ‑

‑ ‑ ‑ ‑

‑

お

問3.次の説明にあてはまる語を答えよ。 (3点

x

( 1 )細胞質基質にあり、グルコース l分子からピルビン酸を生じる代謝経路

( 2 )リブロースニリン酸カルボ、キシラーゼ、により三酸化炭素を固定する、葉緑体ストロマ中の 代謝経路(回路)

( 3 )  N A D P H

F A D

(4 )基質結合部位以外へのリガンドの結合により、コンホメーションが変わり、活性が変化す る酵素

(5)α ヘリックスや

8

(  6 )

D N A

( 1 )  (2 )  ( 3 ) 

(4)  (5 )  (6 ) 

問題 VH( 材料化学分野)

点 :40点)

間1.体心立法品(bcc)について以下の問いに答えよ。なお原子は剛体球として考えよ。計算過程

も説明しながら答えを記述する事。 (5点

x

( 1 )原子半径rのbcc構造における格子定数を求めよ。

(2 )鉄(原子量 55.8)は bcc構 造 で あ り 格 子 定 数 は 2.87Aとする。鉄の理論密度(g/cm³)

を求めよ。

問2.単純立方晶(格子定数4.07A)について波長1.54AのX線回折測定を行った。 (112)の回 折ピークに対するプラッグ反射角。を計算せよ。 (10点)

問 3. 次の原料から得られる高分子の化学構造と名称を答えよ。 (1 1点)

① じ

HO‑CH2CH2‑OH 

J02oH 

② 

③ H o O E O O H   ^{+    ， ， ，}

^o 

^{一 一}

問4.高分子の立体規則構造について3種類の構造の名称と、どのような構造なのか図を用いな

がら説明せよ。 (9点)

ぴ ^{H 3} ヅ ^{H 3} ゾ ^{H 3} ゾ ^{H 3} ゾ

~-~~.~.~

H 3 考 ノ ゾ ^{H 3} 宅ノゾ ^{H 3}

~~.~.~

宅 ノ ゾ ^{H 3} そ / 宅 ノ

¥ 、 /. . . . . . . . . . . .