五稜郭高田の頑張って医攻化！～1～

こんにちは！

今日から医学部攻略化学、略して医攻化(いこうか！)を担当します
五稜郭高田です＾＾。

よろしく！

なぜ五稜郭か？？？
五稜郭は、皆さんもよくご存じのように北海道函館市の歴史的観光名所の1つであります。
函館出身の私は幼いころからよくここを訪れ、
そして五稜郭タワー(高さ107 m)の展望台から、
函館山や津軽海峡の絶景を眺めては幕末維新の時代に思いを馳せたものでした。
私は今、大学受験生を合格へ導く仕事をしておりますが、
いつも心掛けていることは、生徒の皆さんが木を見て森を見ずということにならないように、
つまりあの五稜郭タワーから函館の全貌を見渡すが如く
化学や数学の全体像を見渡すことができるように指導するということです。

五稜郭と五稜郭タワー

ここでは、医学部入試で出題された化学の問題について主に解説をしていきます。
第1回目は、北里大学医学部の入試問題をとりあげます。
それでは始めて医攻化！

問題
生体構成物質の成分として多量に必要な元素のうち、
炭素、酸素、リン、硫黄には同素体がある。
次の記述のうち、正しいものをすべて選べ。

a. 同素体であるダイヤモンドと黒鉛は、ともに共有結合の結晶であり、
いずれも多数の炭素原子が正四面体型の結合の繰り返しで立体的な網目構造をつくっている。

b. 同素体である酸素とオゾンは、ともに常温で無色・無臭の気体であるが、
酸素よりオゾンのほうが強い酸化力をもつ。

c. 同素体である黄リンと赤リンは、ともに天然には存在しないが、
空気中で黄リンが自然発火するのに対して、赤リンは自然発火しない。

d. 同素体である斜方硫黄、単斜硫黄、ゴム状硫黄のうち、
斜方硫黄と単斜硫黄はともにS8分子を単位とする結晶であるのに対して、
ゴム状硫黄は長い鎖状の分子からできている。

選択肢⇒(A) a (B) b (C) c (D) d (E) a, b (F) a, c (G) a, d (H) b, c (I) b, d (J) c, d

北里大学医学部の化学の入試問題には、正誤問題が毎年出題されています。
正誤問題は、選択肢の数が多いので、正しい知識を持っていないと、正解にたどりつくことは難しいです。

今回は同素体の問題です。同素体とは、性質が異なる単体どうしのことです。
単体とは、1種類の元素で構成されていますので、
同素体は構成している元素は同じだけど、その元素の数や形、
そして性質が異なるものどうしということになります。

それでは、a~dまで1つずつ見ていきましょう。元気を出して医攻化！

a, ダイヤモンドと黒鉛は、炭素という1種類の元素からできています。
つまり、同素体ですね。そして、ともに「共有結合結晶」です。
共有結合結晶といえば、
炭素からできている同素体(黒鉛、ダイヤモンド、カーボンナノチューブ、フラーレンなど)および、
二酸化ケイ素(SiO₂)、炭化ケイ素(SiC)があります。
これらは、化学式では最小単位で表記されていますが、実際は巨大分子を形成しています。
あと、共有結合でできている≠共有結合結晶　であることに注意しましょう。
例えば、CO₂はCとOという非金属原子同士が共有結合をしていますが、CO₂は分子結晶なのです。
ダイヤモンドは立体的網目構造をつくっていますが、
黒鉛は平面形どうしが、分子間力で重なった層状構造をしています。よって×

b, オゾンは淡青色・特異臭です。無色・無臭ではありません。
そして、有毒な気体です。酸化作用・殺菌作用があります。よって×
また、オゾンはヨウ化カリウムデンプン紙を青変させます。

O3+2KI+H2O →O2+2KOH+I2

この反応式は記述問題でも良く出題されますが、けっして丸覚えするのではなく、
次のように書いていきましょう。

まずは酸化剤であるオゾンの半反応式を書きます。
O3 → O2

〖普通はH⁺ やe^–をここで加えるのですが、酸化数の変化がないので、先に両辺の酸素の数に着目して、
水を加えます。
O3 →O2+H2O

その後で、左辺にH^＋+ とe^– を加えます。

O3+2H⁺+2e^–→O2+H2O ⋯①

そして還元剤である KI による半反応式を加えます。

2I^–→I2+2e^– ⋯②

①+②より O3+2H⁺+2I^–_→O2+I2+H2O

両辺に2K^＋と2OH^–を加えて、整理すると
O3+2KI+H2O →O2+2KOH+I2
ということになります。

c, リンは自然界において、単体では存在しません。
他にもケイ素(Si)がリン(P)と同様自然界に単体として存在しません。
黄リンは空気中で自然発火するので、水中に保存します。
また、二硫化炭素によく溶ける4原子分子です。
それに対して赤リンは安定した性質をもっています。よって○です。