東京女子医科大学 化学 全問題・解答・解説

まず、中心の原子核の電荷（＝原子番号）から元素 U〜Z を特定します。

• U ($2+$) ：原子番号2 $\rightarrow$ $\text{He}$（ヘリウム：希ガス）
• V ($6+$) ：原子番号6 $\rightarrow$ $\text{C}$（炭素）
• W ($7+$) ：原子番号7 $\rightarrow$ $\text{N}$（窒素）
• X ($8+$) ：原子番号8 $\rightarrow$ $\text{O}$（酸素）
• Y ($11+$)：原子番号11 $\rightarrow$ $\text{Na}$（ナトリウム）
• Z ($17+$)：原子番号17 $\rightarrow$ $\text{Cl}$（塩素）

各選択肢の物質を当てはめて確認します：

• ① $\text{U}_2 \rightarrow \text{He}_2$ ：ヘリウムは希ガス（18族）であり、閉殻構造で安定なため単原子分子 $\text{He}$ として存在します。二原子分子 $\text{He}_2$ は常温常圧下で安定に存在できません。
• ② $\text{VX} \rightarrow \text{CO}$（一酸化炭素）：実在する気体です。
• ③ $\text{VZ}_4 \rightarrow \text{CCl}_4$（四塩化炭素）：実在する液体です。
• ④ $\text{W}_2 \rightarrow \text{N}_2$（窒素）：実在する気体です。
• ⑤ $\text{X}_3 \rightarrow \text{O}_3$（オゾン）：実在する気体です。
• ⑥ $\text{YZ} \rightarrow \text{NaCl}$（塩化ナトリウム）：実在する固体（イオン結晶）です。

状態図の3つの領域は、左（低温・高圧）から順に「固体（氷）」「液体（水）」「気体（水蒸気）」です。

• (あ) Aの温度： 圧力 $1.013 \times 10^5\text{ Pa}$（1気圧）における固体と液体の境界線（融解曲線）上の温度なので、② 融点（$0^\circ\text{C}$）です。
• (い) $\text{a} \rightarrow \text{b}$ の変化： 三重点より低い圧力において、固体領域（a）から気体領域（b）へ液体を経由せずに直接変化しているため、iv 昇華です。

$0.10\text{ mol/L}$ アンモニア水（弱塩基）$10\text{ mL}$ に、$0.10\text{ mol/L}$ 塩酸（強酸）を滴下していく実験です。チェックすべきポイントは以下の3点です！

• × ① 黒鉛（グラファイト）は共有結合の結晶ですが、4個の価電子のうち3個が結合に使われ、残りの1個が層間を自由に動けるため、電気をよく導きます。
• × ② 塩化カリウム（$\text{KCl}$）はイオン結晶です。固体の状態ではイオンが固定されて動けないため、電気を導きません。
• ○ ③ イオン結晶は静電気的な引力（クーロン力）で結合しているため、水のような極性溶媒には水和して溶けやすいですが、無極性溶媒には溶けにくいです。（正しい）
• × ④ 分子結晶は弱い分子間力で集まっているため、強い共有結合で網目状につながる共有結合の結晶に比べて、融点が非常に低いです。
• × ⑤ イオン結晶は、水溶液にしたときや融解（液体に）したときにはイオンが自由に移動できるため、電気を導きます。

• ○ ① $2\text{NH}_4\text{Cl} + \text{Ca(OH)}_2 \rightarrow \text{CaCl}_2 + 2\text{NH}_3 + 2\text{H}_2\text{O}$
  【弱塩基の遊離】アンモニアの実験室的製法です。加熱により気体の $\text{NH}_3$ が追い出され、右へ進みます。
• × ② $2\text{KBr} + \text{I}_2 \rightarrow 2\text{KI} + \text{Br}_2$
  ハロゲン単体の酸化力は $\text{F}_2 > \text{Cl}_2 > \text{Br}_2 > \text{I}_2$ です。酸化力の弱い $\text{I}_2$ が $\text{Br}^-$ から電子を奪うことはできないため、この反応は起きません（逆向きなら進みます）。
• ○ ③ $\text{NaCl} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{NaHSO}_4 + \text{HCl}$
  【揮発性の酸の遊離】塩化水素の実験室的製法です。不揮発性の濃硫酸を加えて加熱すると、揮発性の $\text{HCl}$ が気体となって出ていくため右へ進みます。
• × ④ $3\text{S} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{H}_2\text{S} + \text{SO}_2$
  実際は逆反応（$2\text{H}_2\text{S} + \text{SO}_2 \rightarrow 3\text{S} + 2\text{H}_2\text{O}$）が極めて進みやすく、単体の硫黄が沈殿します。
• × ⑤ $\text{CaCl}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{CaO} + 2\text{HCl}$
  塩基性酸化物の $\text{CaO}$ と強酸の $\text{HCl}$ は激しく中和反応するため、逆向き（左向き）にしか進みません。

反応の流れを追うと、$\text{FeCl}_3 \xrightarrow{\text{NH}_3\text{aq}} \text{Fe(OH)}_3 \text{（赤褐色沈殿）} \xrightarrow{\text{強熱}} \text{Fe}_2\text{O}_3$ となります。

途中の反応式をすべて書かなくても、「鉄原子 $\text{Fe}$ の物質量（$\text{mol}$）は保存される」ことに注目すると一瞬で解けます！

誤っているものを選ぶ問題です。

• ○ ① DNAの塩基は A（アデニン）、G（グアニン）、C（シトシン）、T（チミン）の4種類です。（RNAではTの代わりにU：ウラシル）
• ○ ② 相補的塩基対において、AとTは2本、GとCは3本の水素結合で結ばれています。
• ○ ③ ヌクレオチド同士は、リン酸の $-\text{OH}$ と糖の $-\text{OH}$ の間で脱水縮合（ホスホジエステル結合）して鎖状に重合しています。
• ○ ④ DNAの塩基配列（トリプレット・コドン）は、タンパク質のアミノ酸配列（＝一次構造）を指定しています。
• × ⑤ DNAに含まれるデオキシリボース（$\text{C}_5\text{H}_{10}\text{O}_4$）やRNAに含まれるリボース（$\text{C}_5\text{H}_{10}\text{O}_5$）は、炭素数が5個の五炭糖（ペントース）です。六炭糖ではありません。

「酸化物を金属に還元したとき、質量が $40\%$ 減少した」ということは、酸化物全体の質量のうち 酸素 $\text{O}$ が $40\%$、金属 $\text{M}$ が残りの $60\%$ を占めているということです。

• × ① フタル酸（オルト体）とテレフタル酸（パラ体）は、ベンゼン環の置換位置が異なる構造異性体（位置異性体）です。幾何異性体（シス・トランス異性体）ではありません。
• × ② $\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}$ の第三級アルコールは 2-メチル-2-プロパノール $\text{(CH}_3)_3\text{C}-\text{OH}$ です。中心炭素に同じメチル基が3つ結合しているため不斉炭素原子を持たず、光学異性体は存在しません。（光学異性体を持つのは第二級アルコールの 2-ブタノールです）
• ○ ③ $\text{C}_3\text{H}_4$（不飽和度2）の異性体には、三重結合を1つもつプロピン（メチルアセチレン：$\text{CH}\equiv\text{C}-\text{CH}_3$）が存在します。（正しい）
• × ④ ベンゼン $\text{C}_6\text{H}_6$ の水素4つを臭素で置換した $\text{C}_6\text{H}_2\text{Br}_4$ の異性体の数は、残った水素2つの位置関係（オルト・メタ・パラ）と同じなので 3種類 です。
• ○ ⑤ ジメチルエーテル（$\text{CH}_3\text{OCH}_3$）とエタノール（$\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$）は、ともに分子式 $\text{C}_2\text{H}_6\text{O}$ で表される構造異性体の関係にあります。（正しい）

内容に誤りのあるものを選ぶ問題です。

• × ① 消化酵素リパーゼの基質は脂肪（油脂）です。アルブミンはタンパク質の一種なので誤りです。
• ○ ② 酵素の主成分はタンパク質であり、熱や酸・塩基で立体構造が変化（変性）すると失活します。
• ○ ③ 重金属イオンはタンパク質と反応して変性・沈殿させるため、酵素を失活させます（阻害作用）。
• ○ ④ 酵素の活性部位の立体構造に合う特定の物質（基質）にしか作用しない性質を基質特異性といいます。
• × ⑤ 胃液に含まれるペプシンの最適pHは強酸性（$\text{pH } 1.5\sim 2$ 付近）ですが、唾液に含まれるアミラーゼの最適pHは中性付近（$\text{pH } 7$ 付近）であり、大きく異なります。

誤っているものを選ぶ問題です。

• ○ ① フラーレン $\text{C}_{60}$ は、正五角形と正六角形からなるサッカーボール状の球状分子です。
• ○ ② スズ（$\text{Sn}$）は水素よりイオン化傾向が大きいため、希塩酸に徐々に溶けて水素を発生します。
• × ③ 鉛（$\text{Pb}$）もイオン化傾向は水素より大きいですが、希塩酸や希硫酸と反応すると表面に水に溶けにくい塩化鉛(II) $\text{PbCl}_2$ や硫酸鉛(II) $\text{PbSO}_4$ の緻密な膜を生じて内部を保護するため、それ以上溶けなくなります。
• × ④ 硫化水素 $\text{H}_2\text{S}$（還元剤）とヨウ素 $\text{I}_2$（酸化剤）が反応すると、$\text{H}_2\text{S} + \text{I}_2 \rightarrow \text{S} + 2\text{HI}$ となり、硫化水素（$\text{S}$ の酸化数 $-2 \rightarrow 0$）はヨウ素によって酸化されます。「還元される」は誤りです。
• ○ ⑤ マグネシウム（$\text{Mg}$）は常温の水とはほとんど反応しませんが、熱水とは反応して水素を発生します（$\text{Mg} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Mg(OH)}_2 + \text{H}_2\uparrow$）。

エタノールに濃硫酸を加えて $160\sim 170^\circ\text{C}$ に加熱すると、分子内脱水が起こりエチレン（$\text{CH}_2=\text{CH}_2$）が発生します。（※ $130\sim 140^\circ\text{C}$ なら分子間脱水でジエチルエーテル）

炭素間二重結合（$\text{C}=\text{C}$）をもつエチレンの確認反応を選びます：

• × ① 焼いた銅線（$\text{CuO}$）による酸化は、第一級・第二級アルコールの検出反応です。
• × ② ヨウ素と $\text{NaOH}$ 水溶液（ヨードホルム反応）は、エタノールやアセトアルデヒドなどの検出反応です。
• × ③ アンモニア性硝酸銀水溶液は、アルデヒド（銀鏡反応）や末端アルキン（アセチレンの銀アセチリド沈殿）の検出反応です。
• ○ ④ 臭素の四塩化炭素溶液に通じると、二重結合に臭素が付加反応して赤褐色が脱色されます。（適切）
• ○ ⑤ 硫酸酸性 $\text{KMnO}_4$ 水溶液に通じると、エチレンが酸化され、過マンガン酸イオン $\text{MnO}_4^-$ の赤紫色が脱色されます。（適切）

イオン交換樹脂の母体となる三次元網目状高分子の作り方に関する超定番問題です。

• 【a】スチレン に少量の $p$-ジビニルベンゼンを加えて 【b】共重合 させると、【c】ポリスチレン 鎖が架橋された立体網目状の高分子（基体）ができます。 $\rightarrow$ 問13：カ
• この高分子を 【d】濃硫酸 で処理（スルホン化）すると、ベンゼン環の $-\text{H}$ が 【e】スルホ基（$-\text{SO}_3\text{H}$） で置換された強酸性 【f】陽イオン交換樹脂が得られます。 $\rightarrow$ 問14：カ

陽イオン交換樹脂（$\text{R}-\text{SO}_3\text{H}$）に塩化カルシウム（$\text{CaCl}_2$）水溶液を通すと、水溶液中の陽イオンである $\text{Ca}^{2+}$ が樹脂に捕捉され、代わりに電荷が等しくなる量の $\text{H}^+$ が放出されます。

問題文の条件「ジペプチド中のアミノ基とカルボキシ基は、水溶液中ではすべてイオン状態（$-\text{NH}_3^+$、$-\text{COO}^-$）になっている」に注目して、各ジペプチド全体の電荷を調べます。

ジペプチドはペプチド結合を1つ持つため、主鎖の両端に必ず $-\text{NH}_3^+$ が1個（$+1$） と $-\text{COO}^-$ が1個（$-1$） あります（主鎖の電荷合計は $0$）。したがって、側鎖の電荷だけを見れば全体の電荷が分かります！

問16より、流出液には a（Gly-Glu） と b（Gly-Tyr） が含まれ、c（Cys-Lys） は含まれていません。

• 【正】(1) キサントプロテイン反応：
  ベンゼン環（芳香族アミノ酸）を検出する反応です。流出液にはチロシン（フェノール性ヒドロキシ基をもつベンゼン環）を含むジペプチド b が存在するため、陽性（黄色 $\rightarrow$ 橙黄色）となります。
• 【誤】(2) 硫黄（$\text{S}$）の検出反応（硫化鉛(II) $\text{PbS}$ の黒色沈殿）：
  硫黄を含むシステイン（$-\text{CH}_2\text{SH}$）はジペプチド c に含まれており、樹脂に吸着されて流出液には出てこないため、黒色沈殿は生じません。
• 【正】(3) 銅(II)イオンによる呈色反応（ビウレット反応）：
  （※注意：通常の高校化学では「ビウレット反応はトリペプチド以上（ペプチド結合2個以上）で赤紫色」と習いますが、実はアミノ酸やジペプチドでも塩基性で $\text{Cu}^{2+}$ を加えると銅(II)錯イオンを形成して青紫〜赤紫色に呈色します。また、(1)が正、(2)が誤と確定した時点で、選択肢「ウ（正, 誤, 正）」と「エ（正, 誤, 誤）」の2択になります。

ステップバイステップ解説

各問の詳しい解説

まず化合物 A〜I をすべて特定しよう！

問4・問6のポイント解説