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/

以下のアルドヘキソースAのアノマーはどれか。1 つ選べ。

　解 説　　　　　

【アノマーの基礎知識】
アノマーとは、糖が 5 or 6 員環の環状構造を形成する際に生じる 2 種類の立体異性体同士の関係のことです。鎖状構造の時には不斉炭素ではないが、環状構造の時に不斉炭素になる C をアノマー炭素といい、不斉炭素ができるために生じる 異性体同士の関係がアノマーです。

与えられた A におけるアノマー炭素は「O － C －OH （炭素六員環の右上部分）」と結合している炭素です。

アノマー炭素に結合している OH の向きだけが異なる異性体が A のアノマーです。

以上より、正解は 4 です。

類題 101-210
https://yaku-tik.com/yakugaku/101-210/

参考　グルコースの構造、性質、役割
https://yaku-tik.com/yakugaku/sk-4-2-1/

以下の薬物に含まれる金属元素Mとして適切なのはどれか。1 つ選べ。

1. Li
2. Mg
3. Al
4. Ca
5. Zn

　解 説　　　　　

原子 M から 3 本手が出ていることから、最外殻電子数 3 の金属原子と考えられます。

選択肢 1 ですが
Li の最外殻電子は 1 個です。選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2,4,5 ですが
Mg、Ca、Zn の最外殻電子は 2 個です。Zn については、電池の反応式 や酸化還元の半反応式において、Zn → Zn²⁺ + 2e^– となることから判断できると思われます。選択肢 2,4,5 は誤りです。

以上より、正解は 3 です。

ちなみにですが
本問の構造式は 胃粘膜保護薬 アルジオキサの構造式です。含 Al 薬物としては他にスクラルファートが代表例です。

以下の化合物のうち、最も酸性度が高いのはどれか。1 つ選べ。

　解 説　　　　　

選択肢 1 はアルコール類、選択肢 2 ~ 5 はフェノール類 です。一般的にフェノール類の方が酸性度が高いです。正解は 2 ~ 5 です。

類似した構造の酸性度を考える時には HA → H⁺ + A^– という反応における 共役塩基 A^– の安定性を評価します。共役塩基が 安定している方が H が抜けやすく 酸性度が高い構造です。以下、選択肢 2 ~ 5 の構造を比較します。

選択肢 2 は
置換基がないフェノールです。

選択肢 3 は
電子供与基である アミノ基 (-NH₂) が置換している p – アミノフェノールです。

選択肢 4 は
弱い電子吸引基である ハロゲンの一種 Cl が置換している p – クロロフェノールです。

選択肢 5 は
強い電子吸引基である ニトロ基 (-NO₂) が置換している p – ニトロフェノールです。

H が抜けたフェノキシドイオンの負電荷を 電子吸引基が引きつけることで負電荷の非局在化を促すため、ニトロフェノールの共役塩基 の安定性が相対的に大きいです。従って、酸性度が最も高いのは ニトロフェノールです。

以上より、正解は 5 です。

類題 101-10
https://yaku-tik.com/yakugaku/101-010/

参考　誘起効果・共鳴効果による酸性度の変化
https://yaku-tik.com/yakugaku/yk-3-8-2/

以下の化学種のうち、ベンジルカチオンが最も安定化されているのはどれか。1 つ選べ。

　解 説　　　　　

正電荷が最も非局在化できる構造を選べという問題です。まず、選択肢 1 ~ 5 のどの構造であってもベンゼン環の電子が共鳴することで正電荷は非局在化されます。(下図参照)
ベンゼン環の 正電荷を有する炭素に OCH₃ があると、O の共有電子対が共鳴できるので更に正電荷が非局在化します。(下図参照)

ベンゼン環の電子が共鳴して、正電荷を有する炭素は オルト位及びパラ位です。つまり、オルト位 及び パラ位に OCH₃ がある場合に 共鳴します。

従って
ベンゼン環のオルト位とパラ位の両方に OCH₃ がある選択肢 4 の構造が、最も正電荷が非局在化するため、安定化されている とわかります。

以上より、正解は 4 です。

ビンクリスチンの生合成前駆体となるアミノ酸はどれか。1 つ選べ。

1. オルニチン
2. チロシン
3. トリプトファン
4. フェニルアラニン
5. リシン

　解 説　　　　　

ビンクリスチンは、微小管の機能を阻害する植物アルカロイド系の抗がん剤です。アルカロイドとは窒素含有化合物の総称で、塩基性を示します。

窒素が含まれた特徴的な部分構造として、ベンゼン環と N を含む５員環が縮合したインドール環が左端部分に見受けられます。従って、生合成前駆体となるアミノ酸はトリプトファンであると推測されます。

※ 選択肢のアミノ酸について、オルニチン以外の構造は基礎知識です。インドール環と類似構造のアミノ酸といえばトリプトファンと判断できると思われます。過去問で同内容が問われたこともあります。

以上より、正解は 3 です。

類題 107-10
https://yaku-tik.com/yakugaku/107-010/

参考 アミノ酸の構造、性質
https://yaku-tik.com/yakugaku/sk-4-3-1/

ちなみに
オルニチンの構造式は以下の通りです。