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Life + Chemistry

化学の講義録+大学を楽しく面白い学びの場に変える試みの記録 (北里大学・野島 高彦)

看護学科「化学」2010年度後期試験

1月14日(金)の9時20分から10時20分までの60分間が期末試験でした.

試験の設定目標など

化学を学ぶのは人生でこれが最後になる,という学生を対象とした一般教養の化学講義を全26回にわたって進めてきました.高校化学Iの履修率8割,化学IIまでの履修率4割という46名を対象に,身の回りの化学や,生命現象と関係する化学を扱ってきました.

ポイントを絞った対策を立てられるよう,前期も後期も「模擬問題」を配布しました.全26回の講義でいろいろな化合物を覚た者もいれば,化学の基本的計算を身につけた者もいたことでしょう.さまざまなかたちの到達度を評価するため,後期試験では問題を6問出題し,ここから4問を選んで解答する方式を採りました.そして,5問以上解答した場合には通年成績に加算することとし,前期に調子が出なかった場合でも,後期に逆転できるしくみにしておきました.

与えられた条件

[1]から[6]のうち,4問を選んで解答用紙に解答せよ.解答順は問わない.いずれも25点の配点である.4問を超えて解答した場合,正答した場合には通年成績に加算する.

身の回りにみられる状態変化と熱についての理解を問う基本的な計算問題(25点)

[1] 500 gの水を10 ℃から100 ℃まで加熱して沸騰させることにした.沸騰させて蒸発させるまでに用いられた熱エネルギーを,以下の4段階に分けて求めよ.液体の水の比熱は4.18 J g-1 K-1,100 ℃における水の蒸発熱は2 254 J g-1とする.有効数字は3桁とする.

(i) 温度変化の大きさを求めよ(単位はK).

(ii) 10 ℃から100 ℃まで温度を上昇させるために用いられた熱エネルギーを求めよ(単位はkJ).

(iii) 100 ℃において蒸発させるために用いられた熱を求めよ(単位はkJ).

(iv) 上記(ii)と(iii)を合計せよ(単位はkJ).

キッチンで毎日見ている現象です.

(i) 100 ℃-10 ℃=90 ℃=90 K

(ii) (4.18 J g-1 K-1)(500 g)(90 K)=188.1×103 J=188 kJ

(iii) (500 g)(2 254 J g-1)=1127×103 kJ=1127 kJ=1.13×103 kJ

(iv) 188 kJ+1127 kJ=1315 kJ=1.32×103 kJ

水溶液の調製と濃度の計算方法についての理解度を問う基本問題(25点)

[2] 水溶液の調製に関する以下の問いに答えよ.有効数字は3桁とする.

(i) 5.00 mol L-1 の塩化ナトリウム水溶液を0.200 L調製するために必要な塩化ナトリウムの質量を求めよ(単位はg).NaCl=58.5として計算せよ.

(ii) 5.00 mol L-1の塩化ナトリウム保存液と0.300 mol L-1のリン酸保存液を用いて,塩化ナトリウムを0.150 mol L-1,リン酸を0.0150 mol L-1含む水溶液を250 mL調製する方法を述べよ.

(iii) 塩化ナトリウムを0.900 %(w/w)の濃度で水に溶かした溶液が生理食塩水である.この濃度をモル濃度であらわせ.

(i) NaClは58.5 g mol-1

(5.00 mol L-1)(0.200 L)(58.5 g mol-1)=58.5 g

(ii) 塩化ナトリウムについて

(0.150 mol L-1)(0.250 L)=(x)(5.00 mol L-1)

x=(0.150 mol L-1)(0.250 L)/(5.00 mol L-1)=7.50×10-3 L=7.50 mL

リン酸について

(0.0150 mol L-1)(0.250 L)=(y)(0.300 mol L-1)

y=(0.0150 mol L-1)(0.250 L)/(0.300 mol L-1)=12.5×10-3 L=12.5 mL

5.00 mol L-1の塩化ナトリウム水溶液7.50 mLと,0.300 mol L-1のリン酸水溶液12.5 mLをあわせて水で希釈して250 mLにする.

↑最終的に250 mLにするので,250 mL溶かしたらアウト.

(iii) 1000 gを考える.この中に溶解している塩化ナトリウムは

(1000 g)(0.900×10-2)/(58.5 g mol-1)=0.1538 mol

水溶液の密度を1とみなしてよい濃度範囲なので,濃度は0.154 mol L-1

「欲しい濃度の水溶液」のつくりかたを分かっているというのはイロイロと便利なものです.粉を溶かしてつくる方法と,濃縮液を薄めてつくる方法の両者をマスターしておけば,どんな混合液でもじぶんひとりでつくることができます.

生体システムの恒常性に関する理解を問う基本問題(25点)

[3] 身体が炭酸緩衝系およびリン酸緩衝系を用いて体液のpHを一定の範囲に保つしくみについて簡潔に説明せよ.

省略.

尿の排泄や呼吸が体内の水溶液環境を守っているしくみでもあることを理解すると,身体の機能がいろいろなところでつかわれていることを実感できます.

医療と関係する有機化合物についての知識を問う基本問題(25点)

[4] 有機化合物に関する以下の問いに答えよ.

(i) 次の文を読み,化合物(1)から(8)の構造式を記せ.

医療分野で用いられている,ヒドロキシ基(-OH)をもつ有機化合物の性質について考えよう.

(1) エタノール

を酸化すると

(2) アセトアルデヒド

となり,さらに酸化反応が進んで

(3) 酢酸

となる.一方,

(4) 2-プロパノール(イソプロピルアルコールとも呼ばれる)

を酸化すると

(5) アセトン

となる.硫酸を触媒として用いて(1) エタノールを130 ℃に加熱すると

(6) ジエチルエーテル

が得られる.

(7) グリセリン(グリセロールとも呼ばれる)

は保湿剤として医薬品に用いられている.

(8) フェノール

は様々な医薬品を合成するための出発材料となる.

(ii) 以下の化合物(9)から(18)の名称を記せ.

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(i)

f:id:hrmoon:20110116134646j:image

(ii)

(9)トルエン,(10)安息香酸,(11)アニリン,(12)サリチル酸,(13)ニトロベンゼン,(14)エチレングリコール,(15)ホルムアルデヒド,(16)ギ酸,(17)アセチレン,(18)プロパン

英語表記,IUPAC表記もOK.

身の回りの高分子化合物についての知識を問う基本問題(25点)

[5] 任意の高分子化合物3種類の名称を挙げ,それぞれの構造式を示し,性質や用途を簡潔に述べよ.

省略.

ポリエチレンやポリ塩化ビニル,ナイロン,ポリエチレンテレフタラート(PET),蛋白質,セルロース,でんぷん,その他なんでもOK.構造式,性質,用途が書かれていればOK.

身の回りの有機化合物についての知識を問う基本問題(25点)

[6] 果物の香りのもとになっている化合物の多くはエステル類である.エステルの合成について考えてみよう.エステルはカルボン酸とアルコールとが脱水縮合して生じる化合物である.例えば有機溶剤として広く用いられている酢酸エチルは,次のような反応でつくられる.

f:id:hrmoon:20110116134913j:image

それでは,以下(i)〜(iii)の香りをもつエステルは,どのようなカルボン酸とどのようなアルコールから成る化合物だろうか.エステルの構造式を参考にして,カルボン酸とアルコールの構造式をそれぞれ記せ.最後の問題である.香りをイメージしながら考えてみよう.

f:id:hrmoon:20110116134956j:image

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成績評価

今回の得点と前期試験の得点を合わせたものが通年評価の成績となります.前期試験のときと同様,部分点は最大限に付けます.

点数や成績の問い合わせ関しては大学の規定により,事務を通しての公式発表までは対応することができません.20日以降に発表がありますので,それまでは済んだ科目のことは忘れて,他の科目の対策に力を入れましょう.

リンク

www.tnojima.net
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