R７年度第１回高認化学基礎大問４解説

大問４【化学反応】

問１【水素イオン濃度とpH】

　0.050mol/Lの２価の強酸の水溶液がある。
この水溶液の水素イオン濃度とpHの組合せとして正しいものはどれか。
ただし、この２価の強酸は水溶液中で完全に電離しているものとする。
・水素イオン濃度：$0.050 \times 2 = 0.10$（mol/L）、pH：１

問２【pH指示薬（メチルオレンジとフェノールフタレイン）】

　0.10mol/Lの塩酸$\mathrm{HCl}$100mLに0.10mol/Lの水酸化ナトリウム$\mathrm{NaOH}$水溶液を300mL加えた水溶液がある。
この水溶液にpH指示薬としてメチルオレンジまたはフェノールフタレインを加えたとき、水溶液が示す色の組合せとして正しいものはどれか。
メチルオレンジの変色域：pH3.1～4.4・・・赤色～黄色
フェノールフタレインの変色域：pH8.0～9.8・・・無色～赤色

・水素イオン$\mathrm{H}^+$：$0.1 \times \dfrac{100}{1000} = 0.01$（mol）

水酸化ナトリウムイオン$\mathrm{OH}^-$：$0.1 \times \dfrac{300}{1000} = 0.03$（mol）

中和後の水酸化ナトリウムイオン$\mathrm{OH}^-$：$0.03 - 0.01 = 0.02$（mol）

水酸化ナトリウムイオンの濃度：$0.02 \times \dfrac{1000}{100 + 300} = 0.02 \times \dfrac{1000}{400} = \dfrac{0.2}{4} = 0.05$（mol/L）

$[\mathrm{H}^+][\mathrm{OH}^-] = 1.0 \times 10^{-14}$

$[\mathrm{H}^+] = \dfrac{1.0 \times 10^{-14}}{[\mathrm{OH}^-]} = \dfrac{1.0 \times 10^{-14}}{0.05} = \dfrac{100 \times 10^{-14}}{5} = 20 \times 10^{-14} = 2 \times 10^{-13}$

$\mathrm{pH} = -\log_{10} (2 \times 10^{-13}) = -\log_{10} 2 + 13$

$\log_{10} 2 \fallingdotseq 0.3010$

よって、$\mathrm{pH} \fallingdotseq -0.3010 + 13 = 12.699$

メチルオレンジ：黄色、フェノールフタレイン：赤色

問３【硫黄原子$\mathrm{S}$の酸化数】

　３つの物質（硫黄$\mathrm{S}$、硫化水素$\mathrm{H_2S}$、二酸化硫黄$\mathrm{SO}_2$）の硫黄原子$\mathrm{S}$の酸化数を小さい順に左から並べたものとして正しいものはどれか。
・硫化水素$\mathrm{H_2S}$（$-2$）、$\mathrm{S}$（$0$）、二酸化硫黄$\mathrm{SO}_2$（$+4$）

問４【アルミニウムの製錬】

　金属の単体を取り出すには多くの場合、酸化還元反応が利用される。
ボーキサイトを精製して得られた酸化物の溶融塩電解（融解塩電解）から工業的に製錬できる金属はどれか。
次の①～⑤のうちから正しいものを一つ選べ。
① 鉄$\mathrm{Fe}$　② 金$\mathrm{Au}$　③ 銀$\mathrm{Ag}$　④ 銅$\mathrm{Cu}$　⑤ アルミニウム$\mathrm{Al}$
・⑤である。

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