99-91~99-100 解説一覧



問91

90Sr は以下に示す放射壊変により、放射性核種
90Y を経て、 90Zr の安定核種になる。
90Y の放射能の時間推移を示す曲線はどれか。
1つ選べ。

但し、時間ゼロにおける 90Sr の放射能は
5 × 104 Bq とする。







まず、t = 0 の時
90Y はまだ無いはずです。
つまり、放射能の強さは 0 のはずです。
よって、正解は 3 , 4 のどちらかです。


次に、今回の放射壊変は
親の半減期(90Sr の半減期:28.8 年)が
娘の半減期よりも、圧倒的に長いため
永続平衡です。


永続平衡では、ある程度時間がたつと
娘核種の放射能と、親核種の放射能が
等しくなります。


ある程度時間が経った時、半減期が数年かかる
親核種の 90Sr の放射能は、ほぼ 50000 と考えてよいです。


よって、時間が経つにつれ
50,000 Bq 付近に近づく曲線が正解です。




以上より、正解は 3 です。






問92

1×10N/m2, 107℃で
水素 1.0 mol と酸素 0.50 mol を反応させ
水(気体)を合成した。

この反応に伴い 243 kJ の熱が発生した。
水素と酸素はすべて反応し、温度及び圧力は一定であった。
この反応に伴う内部エネルギー変化(kJ)に
最も近いのはどれか。1つ選べ。
ただし、気体定数 R=8.31(Jmol-1-1)とする。

1 - 360    
2 - 240    
3 - 120 
4  120    
5    240    
6    360



問題の反応を熱化学方程式で表すと


です。

温度及び圧力が一定であったということから
内部エネルギー変化分が熱として放出されていると
考えられます。


発熱反応であれば、生成物ができる過程において
エネルギーは減少しているはずです。


つまり
反応に伴うエネルギー変化は
-243 kJ です。
最も近い数字は -240 です。


よって、正解は 2 です。







問93 

ある薬物Aの水に対する溶解度は 5w/v % であり
1次反応速度式に従って分解し
その分解速度定数は 0.02 h-1である。
この薬物 1.5g を水 10 mL に懸濁させたとき
残存率が90%になる時間(h)に最も近い値はどれか。
1つ選べ。
ただし、溶解速度は分解速度に比べて十分に速いものとする。

1  2.5    2   7 . 5    3   1 3 . 5 
4  1 5    5   7 5



溶解度が 5w/v % とは 
水100 ml 中に 5g までしか溶けないということです。
水10 ml 中には 0.5 g までしか溶けないことがわかります。


残存率が 90 % ということは
元が 1.5 g なので、0.15 g が分解する時間を考えれば
よいということです。


薬物 1.5 g を 10 mL に入れると
溶解度である 0.5 g が溶けます。
1次反応速度式に従い分解する、ということなので
時間 t が経過した時の濃度は


で表されます。 
k 、つまり分解速度定数が 0.02
C0、つまり初濃度に 0.5 
Cに、0.15 g 溶けた時の濃度、つまり 0.35 を代入すると


両辺の 自然対数 ln をとると






です。
ここで、e ≒ 2.8 なので 1.4 を、e/2 と考えれば
右辺を

と変形することができます。
ここで、ln2≒0.7 なので
1-0.7=0.3 です。

つまり
0.02 t = 0.3 となります。
よって、t = 15 です。



正解は 4 です。






問94 
表面・界面張力に関する記述のうち正しいのはどれか。
2つ選べ。


1 表面・界面張力は
表面・界面過剰ギブズ自由エネルギーとして表すことがで
その単位は J/m2 で表される。

2 油滴が水中に存在するとき
サイズが小さい油滴ほどエネルギー的に安定である。

3 界面活性剤とは
表面・界面過剰ギブズ自由エネルギーを
増大させる化合物の総称である。

4 食塩水は
純水に比べて表面張力が大きい。

5 ヘキサンは
純水に比べて表面張力が大きい。



選択肢 1 ですが
表面張力の単位は
J/m2 もしくは N/m が用いられます。

※ 仕事の単位である 1J は
1N × 1m であるため
J/m2 だけ覚えておくと十分だと思います。


選択肢 2 ですが
サイズが小さい油滴は
サイズが大きい油滴よりも
水と接する割合が大きくなります。

(これは、おもち(油滴のたとえ)に
きなこ(表面=水と接している部分 のたとえ)
をつけて食べる時を想像するとわかりやすいと思います。

すごく小さなおもちに、きなこをたっぷりつけると
まるできなこを食べているような感じになりますね。
つまり、きなこの割合がすごく大きくなります。

一方、すごく大きなおもちに、きなこをたっぷりつけても
結局表面しかきなこはついておらず
きなこがついていない部分が大部分になりますよね。


油滴は疎水性なので、水と接する割合が大きいほど
エネルギー的に不安定です。
つまり、サイズが小さい油滴ほど、エネルギー的に
不安定です。


よって、選択肢 2 は誤りです。



選択肢 3 ですが
界面活性剤とは、表面・界面張力を減少させる
化合物の総称です。


よって、選択肢 3 は誤りです。



選択肢 4 ですが
NaCl のような表面不活性物質を加えると
界面張力は溶質の濃度上昇に伴い
少しずつ増加します。


よって、選択肢 4 は正しいです。



選択肢 5 ですが
表面張力とは、過剰エネルギーとして表すことができ
過剰エネルギーがなぜあるかといえば
水であれば、周りの一部が表面では水でないから であり
ヘキサンであれば、周りの一部がヘキサンではないからです。

ここで、水同士は、水素結合という
特徴的な強い力で結合しているため
水の表面における過剰エネルギー、すなわち
水の表面張力の方が
ヘキサンの表面張力に比べて大きいと考えられます。

(文献値によれば 水 約72、n - ヘキサン 約18 です。)
※ n - とは、「枝分かれのない」ぐらいの意味です。
異性体との区別のため、つけられます。


よって、選択肢 5 は誤りです。



以上より、正解は 1,4 です。



参考)







問95 
低分子やイオンの水溶液中における
拡散係数 D に関する記述のうち正しいのはどれか。
2つ選べ。
ただし、理想状態における拡散を仮定する。


1 D は水和による影響を受けない。
2 D は溶液の粘度に反比例する。
3 D は絶対温度に比例する。
4 D は溶質の半径に比例する。
5 D は溶質の濃度に比例する。



拡散係数とは、溶解速度に関する
ネルンスト-ノイエス-ホイットニー
(Nernst-Noyes-Whitney)の式におけるパラメータです。





※左辺は溶解速度という意味です。
※Dは拡散係数と呼ばれる数で
さらに




で表されます。

ηが、溶液の粘度です。
イメージとしては
ネバネバしてる液では、溶解しにくいというイメージです。

r は粒子の半径です。
イメージとしては
粒子の半径が大きいほど溶けにくいイメージです。

Tは温度です。
温度が高いほうが溶けやすいイメージです。

R、N、πは定数です。


選択肢 1 ですが
水和すると、粒子の半径が大きくなったようなものと
考えられるので、r が変化します。
水和による影響がないとはいえません。


よって、選択肢 1 は誤りです。



選択肢 2 ですが
粘度 η と、拡散係数 D は
式より、反比例します。

よって、選択肢 2 は正しいです。



選択肢 3 ですが
絶対温度 T と、拡散係数 D は
式より、比例します。

よって、選択肢 3 は正しいです。


選択肢 4 ですが
溶質の半径 r と、拡散係数 D は
式より、反比例します。

よって、選択肢 4 は誤りです。



選択肢 5 ですが
溶質の濃度 C と、拡散係数 D は
式にCが入っておらず、関係ありません。

よって、選択肢 5 は誤りです。



以上より、正解は 2,3 です。



参考)







問96 
以下の記述は日本薬局方アスピリンの定量法に関するものである。

「本品を乾燥し、その約 1.5 g を精密に量り
0.5mol / L 水酸化ナトリウム液 50 mLを正確に加え
二酸化炭素吸収管(ソーダ石灰)を付けた還流冷却器を用いて
10分間穏やかに煮沸する
冷後、直ちに過量の水酸化ナトリウムを0.25mol / L 硫酸で滴定する
(指示薬:フェノールフタレイン試液3滴)。
同様の方法で空試験を行う。

0.5mol / L 水酸化ナトリウム液 1mL = 「  ア  mg C9H8O


定量法に関する記述のうち、正しいのはどれか。
2つ選べ。
ただし、アスピリンの分子量は180.16である。


1 「精密に量る」とは
指示された数値の質量をその桁数まで量ることを意味する。

2 下線部の操作は
アスピリンの加水分解反応(けん化)を促進するために行う

3 空試験により、空気中の二酸化炭素が
0.5mol / L 水酸化ナトリウム液に溶け込んだ影響を
補正することができる。

4 0.25 mol / L 硫酸の代わりに0.5 mol / L塩酸で同様の操作を行うと
ア に示した対応量は2倍になる。

5 アに入る数値は 90.08 である。



選択肢 1 ですが
精密に量る、と言われたら
0.1 mg , 10μg、1μg、0.1μg
のどれかまで量る という意味です。
量る桁が、絶対的にきまっていることがポイントです。


指示された数値の質量をその桁数まで量ること
は、正確に量る という表現が使われます。
1.5 g を正確に量る というのは
1.45 ~ 1.54 g を量るということです。


よって、選択肢 1 は誤りです。



選択肢 2 ですが
その通りの記述です。
エステルの加水分解反応は
酸塩基中和反応よりも遅い反応です。
反応を促進させるために穏やかな煮沸を行います。

(実験の時に、湯せんの中で実験を行ったことがあれば
馴染み深いのではないかと思います。)


よって、選択肢 2 は正しいです。



選択肢 3 ですが 
その通りの記述です。
より詳しく考えるならば
試料(本問では、アスピリン)以外の試薬に含まれる不純物などの
影響を補正することも、目的に含まれます。


よって、選択肢 3 は正しいです。




選択肢 4 ですが
最後の過剰の NaOH を中和する酸が変わっても
それまでの実験過程に変化はなく
最終的に過剰に残っている NaOH の量が
変わるわけではありません。
つまり、対応量は変わりません。


よって、選択肢 4 は誤りです。



選択肢 5 ですが
アスピリンの構造を考えると
COOH の部分と、エステル部分の2ヶ所が
NaOH と反応することがわかります。

つまり、NaOH : アスピリン は
2:1 の mol 比で反応するはずです。

0.50 mol/L のNaOH は
0.25 mol/L のアスピリン つまり
180.16 × 0.25 = 45.04 が
アに入る数字であると考えられます。


よって、選択肢 5 は誤りです。



以上より、正解は 2,3 です。







問97 
液体クロマトグラフィーに関する記述のうち
正しいのはどれか。2つ選べ。


1 質量分布比(k ' )が小さいほど
試料はカラムに保持されやすい。

2 同一の分離条件で2つの化合物の保持時間が同じ場合
分離係数( α )はOである。

3 理論段数( N )が大きい値を示すほど
優れた分離系である。

4 テーリングしたピークのシンメトリー係数(S)は
1.0より小さい。

5 ピークの完全分離とは
分離度(Rs)1.5以上を意味する。



選択肢 1 ですが
質量分布比 とは、別名 保持係数 です。
サンプル成分が
移動相にいる時間と、固定相にいる時間の相対比です。

つまり
「どれだけ固定相によって、サンプルの移動が遅くなるか」
表すパラメータです。
質量分布比が大きいほど
試料はカラムに保持されやすいといえます。


よって、選択肢 1 は誤りです。



選択肢 2 ですが
分離係数とは、別名 選択性です。
2つのサンプルがある場合の
保持係数の比のことです。

分析対象が複数ある場合において
相対的な、固定相への親和性の違いの大きさを
表すパラメータです。

同一の分離条件、つまり同一の固定相で
2つの化合物の保持時間、つまり移動相にいる時間が同じなら
保持係数がどちらも同じになり、比をとれば1になるはずです。


よって、選択肢 2 は誤りです。



選択肢 3 ですが
理論段数とは、カラム性能の指標です。
大きい値の方が、優れた分離系です。


よって、選択肢 3 は正しいです。


^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
以下は、理論段数についての補足解説です。

理論段数(N)は
2通りの表現で表されます。


※ W、tr については、下図参照。



この指標が大きい値を示すということは
同じ Tr に対して、「W が小さい = 鋭いピークである」
ということを表します。
言い換えると
保持時間に対して、ピークがシャープに出るということです。

「あまり時間をかけず、ピークがシャープに出るカラム」は
よいカラムであるといえます。

よって、理論段数が大きいと、よい分離系であるといえます。

^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^


選択肢 4 ですが
テーリングとは、クロマトグラフィ-を行った結果
だらだらとピークが出続けることです。

原因としては
注入口、検出器へのカラム取り付けの不具合や
溶媒とサンプルが不均一に混合しているといった理由が
考えられます。


シンメトリー係数は、以下の式で表されます。




シンメトリー係数が
0~1の時は、ピークの頂点よりも左側の方が幅広い
リーディングと呼ばれる状態を示します。

1を超えるとピークの頂点よりも右側が幅広い
テーリングと呼ばれる状態を示します。


テーリングの時は
シンメトリー係数は1より大きな値を示します。

よって、選択肢 4 は誤りです。



選択肢 5 ですが
ピークの完全分離とは、分離度1.5以上のことです。

分離度とは、2つのピークがどれだけ離れているかを
示す指標です。
分離度1.5だと、2つのピークの重なりが
0.15% です。


よって、選択肢 5 は正解です。



以上より、正解は 3,5 です。







問98 
電気泳動法に関する記述のうち、正しいのはどれか。
2つ選べ。


1 イオン性物質の移動速度は電場の強さに比例する。

2 SDS - ポリアクリルアミドケル電気泳動では
タンパク質は陽極から陰極に向かって泳動される。

3 SDS - ポリアクリルアミドケル電気泳動では
ゲルの濃度が高いほど、タンパク質の移動度が大きくなる。

4 等電点電気泳動では
電極間に pH 勾配を形成させてタンパク質の分離を行う。

5 アガロースゲル電気泳動で DNA を分離するには
試料に臭化エチジウムを加える必要がある。




選択肢 1 ですが
電気泳動法において、物質の移動速度に関しては
以下の式で表わされる関係が知られています。




※v:移動速度
※μ:移動度、E:電場
※Q:イオンの電荷、η:溶媒の粘度、r:イオンの半径
※V:電圧、L:電極間の距離





移動速度 v は電場は Eに比例しています。
よって、選択肢 1 は正しいです。



選択肢 2 ですが
タンパク質は、陽極に向かって移動します。


タンパク質が陽極へ向かう理由
SDS-PAGEにおいて
対象タンパク質が、周囲をSDSに取り囲まれ
SDSが帯びている負電荷をまとうためです。

つまり、負電荷を帯びているため
陽極(+)へと引きつけられることになります。


よって、選択肢 2 は誤りです。



選択肢 3 ですが
ゲルの濃度が上がるというのは
粘度が上がる、ということです。

選択肢 1 で取り上げた式によれば
移動速度と粘度は、反比例の関係です。
つまり、 v は減少すると考えられます。


よって、選択肢 3 は誤りです。



選択肢 4 は、正しい記述です。
等電点電気泳動とは
pH 勾配 による分離です。



選択肢 5 ですが
臭化エチジウムは、DNAの存在を検出する蛍光試薬です。
DNAの溝部分にインターカレート(挿入)されて
後に UV を照射することで、光って見えます。
分離するために必要な試薬というわけではありません。


(余談ですが、DNAの泳動で、ゲル電気泳動し終わって
UV当ててみたら何にも見えず、がっかり
→エチブロ(臭化エチジウムの略称です)入れ忘れてた・・・
などという経験は、一度はあるのではないでしょうか・・・。)



よって、選択肢 5 は誤りです。



以上より、正解は 1,4 です。







問 99 
次の記述は
酸が混在する中性医薬品の純度試験に関するものである。

以下の試験から求められる酸の残存量は
硫酸に換算して何%以下か。
最も近い値を1つ選べ。
ただし、硫酸の分子量を98.08とする。

「本品5.0 g を新たに煮沸して冷却した水 50 mL に溶かし
フェノールフタレイン試液 3 滴及び 
0.01mol / L 水酸化ナトリウム液 0.60 mL を加えるとき
液の色は赤色である。」

1  0.006   
2  0.012   
3  0.12    
4  0.3   
5  0.6



0.01mol / L 水酸化ナトリウム液 0.60 mL を加えるとき
液の色は赤色である とあるため
この操作により、混在する酸は全て中和されたとわかります。


0.60 mL = 0.0006 L です。
0.01 mol/L で、0.0006 L なので
含まれる OH- は、0.000006 mol 
つまり
6 × 10 -6 mol です。


本品 5.0 g 中に、硫酸が x (%) 含まれるとすると
その重さは 5.0 × x/100 (g) です。
そして、その物質量は
5.0 × x/100 × 1/98.08  と表すことができます。

選択肢から、それほど正確な値は必要ないようなので
98.08 ≒ 100 と近似します。

すると、改めて、硫酸の物質量は
5.0 × x/10000 (mol)と表すことができます。


硫酸の物質量に対して
H+ の物質量は2倍なので

2 × (5.0 × x/10000) = 1 × 10-3 × x (mol) となります。
この Hは、水酸化ナトリウムによって
完全に中和されたのだから

1 × 10-3 × x ≦ 6 × 10 -6  ・・・ ①

が成り立つと考えられます。


① の不等式を x について解くと
≦ 6 × 10 -3 となります。

つまり、x は 0.006 以下です。



以上より、正解は 1 です。







問100 
X 線回折法に関する記述のうち、正しいのはどれか。
2つ選べ。


1 X 線源のターゲット(対陰極)には
Cu や Mo が用いられる。

2 測定には、連続X線が通常用いられる。

3 X 線結晶構造解析では
回折斑点の強度から結晶の格子定数が求められる。

4 粉末 X 線回折法では
結晶構造に基づいた同心円状の回折像が得られる。

5 X 線を結晶に照射すると
主にその物質中の原子核の強制振動が起こり
散乱X 線が生じる。



選択肢 1 は正しい記述です。



選択肢 2 ですが
測定に用いられるのは、特性 X 線です。
連続 X 線では、ありません。


よって、選択肢 2 は誤りです。



選択肢 3 ですが
回折斑点の強度だけでなく、位置も
格子定数を求めるためには必要な情報です。


よって、選択肢 3 は誤りです。



選択肢 4 ですが、その通りの記述です。
ちなみに、単結晶に対する X 線回折の結果は
斑点状の画像として得ることができます。



選択肢 5 ですが
散乱 X 線とは
照射した X 線が、電子の影響を受けることにより
散乱した X 線のことです。
原子核の強制振動によるものではありません。


よって、選択肢 5 は誤りです。


以上より、正解は 1,4 です。