図はダニエル電池 (Zn｜ZnSO₄(aq)￤CuSO₄(aq)｜Cu) の模式図である。この電池の標準起電力として正しいのはどれか。1 つ選べ。

ただし、Zn と Cu の半電池の標準電極電位はそれぞれ －0.763 V と ＋0.337 V とする。

1. ＋0.213 V
2. ＋0.426 V
3. ＋1.100 V
4. －0.426 V
5. －1.100 V

　解 説　　　　　

「標準電極電位の差」が起電力 E です。

符号があると少し混乱するかもしれませんが、差なので「大きい方 (+0.337) から小さい方 (－0.763) を引けばよい」です。差は 0.337 － (－0.763) = +1.100 です。

以上より、正解は 3 です。

類題 100-95 
https://yaku-tik.com/yakugaku/100-095/

参考　物理化学まとめ　標準電極電位
https://yaku-tik.com/yakugaku/bk-3-3-2/

参考　物理化学まとめ　起電力と標準自由エネルギー変化の関係
https://yaku-tik.com/yakugaku/bk-3-3-3/

熱力学における「閉じた系」において、熱、物質及び仕事のうち、外界とやりとりができるものだけをすべて挙げたのはどれか。1 つ選べ。

1. 熱
2. 物質
3. 仕事
4. 熱、仕事
5. 物質、仕事
6. 熱、物質

　解 説　　　　　

系とは、考察の対象となる部分のことです。開放系、閉鎖系、断熱系、孤立系が、物理でよく考える対象です。

開放系とは、物質の出入りも、熱の出入りも、仕事の出入りもあるような系です。閉鎖系は、開放系と比較した時に、物質の出入りがない系のことです。

言い換えれば
閉鎖系は「熱、仕事」を外界とやりとりできます。

以上より、正解は 4 です。

参考　物理化学まとめ　系、外界、境界
https://yaku-tik.com/yakugaku/bk-2-2-1/

難溶性塩である水酸化鉄(Ⅲ)(Fe(OH)₃)の純水中での溶解度をSmol/Lとすると、その溶解度積(K_sp)を正しく表しているのはどれか。1つ選べ。

1. 3S³(mol/L)³
2. 4S³(mol/L)³
3. 9S³(mol/L)³
4. 9S⁴(mol/L)⁴
5. 27S⁴(mol/L)⁴

　解 説　　　　　

一般に難溶性電解質を

と表します。
※溶解度積は、一般に Ksp と表します。sp は solubility produnt の略です。

溶解度と溶解度積の間には、以下のような関係があります。

本問は水酸化鉄 Fe(OH)₃ なので
a = 1、b = 3 です。

Ksp = S × (3S)³ = 27S⁴ となります。

以上より、正解は 5 です。

類題 97-003
https://yaku-tik.com/yakugaku/97-003/

参考　分析化学まとめ　沈殿平衡（溶解度と溶解度積）
https://yaku-tik.com/yakugaku/bs-1-2-2/

スピン量子数が 1/2 である原子核が外部磁場の中に置かれると、そのエネルギーが 2 つのエネルギー準位に分かれることを表しているのはどれか。1 つ選べ。

1. 化学シフト
2. McLafferty (マクラファティー) 転位
3. ラジカル開裂
4. 超微細分裂
5. ゼーマン分裂

　解 説　　　　　

【量子のスピン量子数について】
量子は、原子より小さい「電子、陽子、中性子」などです。量子の性質を表すのが量子数です。量子数の 1 つであるスピン量子数は「量子の持つ固有の角運動量の大きさ」を表します。

量子の種類によって 1/2のような「半整数」のスピン量子数をとる量子と、1 のような 整数のスピン量子数をとる量子があります。  1/2 のスピン量子数をとる代表的量子は 電子、陽子、中性子です。

【スピン量子数 1/2 である原子核について】
スピン量子数が 1/2 であるような「原子核」の代表例は ¹H です。¹H の原子核は陽子 1 個のみです。中性子はありません。そのため、原子核のスピン量子数 = 陽子 1 個のスピン量子数なので、1/2 となります。

【ゼーマン分裂について】
金属ナトリウムを燃やすと、熱エネルギーを得て 電子が高エネルギー状態に励起した後に元の基底エネルギー状態に戻る際、黄色い光を放出します。この光をスペクトル分光器で分光すると、磁場なしでは ほぼ 1 本^※1 のスペクトル線 になり、磁場ありの場合、数本のスペクトル線に見えました。

スペクトル線が表すのは エネルギー準位です。従って、外部から磁場をかけることで エネルギー準位が 分裂することが分かりました。「磁場をかけることで、エネルギー準位が分裂する現象」がゼーマン分裂です。

※1：よく見ると 2 重線であり、D 線 と呼ばれます　D は double の略です。

スピン量子数が 1/2 である原子核が 外部磁場中で 2 つのエネルギー準位に分かれることを表しているのは「ゼーマン分裂」です。

以上より、正解は 5 です。

参考　電子スピン共鳴スペクトル測定法
https://yaku-tik.com/yakugaku/bs-4-1-4/

参考　核磁気共鳴スペクトル測定法の原理
https://yaku-tik.com/yakugaku/bs-4-2-1/

溶媒中で解離しない薬物 X を 50 mmol 含む水溶液 100 mL に酢酸エチルを加えて振とう、静置したところ、二液相に分相し、酢酸エチル相中の X は 45 mmol であった。X の分配係数 (酢酸エチル相中の濃度/水相中の濃度) を 18 とすると、酢酸エチル相の体積はどれか。1 つ選べ。

ただし、分配に用いる溶媒は互いの溶媒で飽和されており、水相の体積は 100 mL とする。

1. 50 mL
2. 100 mL
3. 150 mL
4. 200 mL
5. 250 mL

　解 説　　　　　

問題文の操作をまとめると、上図の通りです。もともと X 50mmol なので、酢酸エチル加えて振とう後静置した際、水相に残っている X は 50 mmol － 45 mmol = 5 mmol です。

X の分配係数が 18 とは、同じ量の水と酢酸エチルであれば 薬物 X が 18：1 で 酢酸エチル相と水相に分配される、ということです。

操作を終えて X は「酢酸エチル相に 45 mmol、水相に 5 mmol」 あるので、9：1 に分配されています。

つまり本問は「酢酸エチル 100 mL、水 100 mL」 であれば、物質 X は 18：1 に分配される。さて「酢酸エチル ? mL、水 100 mL」 の時に、物質 X は 9：1 に分配されるでしょうか？という問題と読み替えることができます。

酢酸エチルの量と 分配される X の量は比例すると考えられます。従って、酢酸エチルの量は 100 mL の半分、つまり 100 ÷ 2 = 50 mL です。

以上より、正解は 1 です。

参考　分配平衡
https://yaku-tik.com/yakugaku/bs-1-2-5/

類題 103-2
https://yaku-tik.com/yakugaku/103-002/