高卒認定試験、過去問から見る「化学基礎」の傾向と対策

理系の大学受験を考える人の中には「化学基礎」を選択する人も多いのではないでしょうか。やや難しいイメージのある化学基礎ですが、内容は教科書レベルなので安心を。ここでは、過去問題を読み解きながら、化学基礎の出題傾向や対策について解説していきます。

高卒認定試験、過去問から見る「化学基礎」の傾向と対策

1.「化学基礎」の問題構成と出題範囲

 

理科はどの科目を選ぶかがカギ

高卒認定試験の理科は選択制で、自分の得意な科目を選んで受験することができます。選択科目は以下のとおり。「科学と人間生活」を選択するか否かで、科目数が変わってきます。理系の大学への進学を考えている人、化学が好き・得意という人は、ぜひ化学基礎を選択してください。

「科学と人間生活」を選択する場合 「科学と人間生活」を選択しない場合
物理基礎
化学基礎
生物基礎
地学基礎
この中から1科目を選択
(合計科目)
物理基礎
化学基礎
生物基礎
地学基礎
この中から3科目を選択
(合計科目)

 

出題範囲が狭まり、より易しい内容に

平成26年度以降、新課程に基づいて高卒認定試験の出題範囲も改変されました。「化学Ⅰ」時代に出題されていた「無機物質」や「有機化合物」が範囲から外れ、より易しい内容に。全問共通の大問5題で構成され、小問数は全20問。平成26年以降、出題構成は変わっていません。化学基礎の問題構成と大まかな出題範囲は以下の通りです。

大問1 化学と人間生活 4問(合計20点)
大問2 物質の構成粒子 4問(合計20点)
大問3 物質の化学結合 4問(合計20点)
大問4 物質量と化学変化 4問(合計20点)
大問5 化学反応 4問(合計20点)

 

目指すは8問正解!難易度は教科書の基礎レベル

化学基礎の1問あたりの配点は5点です。8問正解を目指せば、合格ラインの40点を突破することができるでしょう。難易度は教科書の基礎レベル。過去問題や教科書の例題などを中心に勉強していれば解ける問題がほとんどです。

 

2.「化学基礎」の出題傾向と対策

 

基礎を大切に!実験問題も要チェック

高卒認定の化学基礎では、文字通り化学の基礎的な部分を取り上げた問題が多く見られます。しかし、ただコツコツと暗記をすればいいだけかというと、そうでもありません。実験を取り上げた問題も多く、「なぜそうなったのか」という原理を理解しておくことも重要です。では大問1から順番に傾向と対策を探っていきましょう。

 

【1】大問1 化学と人間生活

大問1では、「化学と人間生活」について出題されます。人が生活の中で触れる化学物質や、物質の見分け方、熱運動、物質の三態、同素体、炎色反応などについて、過去問題を解きながら重要ポイントを押さえましょう。

 

身の回りの化学物質

金属やプラスチックは出題頻度が高いので重点的に勉強を。洗剤や食品添加物などについても押さえておきましょう。

 

(平成28年度第一回試験問題より)

(平成28年度第一回試験問題より)

図のようなペットボトルに使われているプラスチックはポリエチレンテレフタラート(PET)です。PETはガラスなどに比べ軽くて割れにくく、加熱して加工しやすい特徴があります。なお、ポリエチレン(PE)は、容器ではなくラベルなどに利用されています。飲料水の腐敗や変質を防ぐために添加されているのは保存料、酸化防止剤、脱酸素剤、乾燥剤など。よって、正解は①です。

 

(平成26年度第一回試験問題より)

(平成26年度第一回試験問題より)

金や銀などの一部を除き、金属は酸化物や硫化物などの化合物として存在しています。この化合物を含む鉱石から純粋な金属(単体)を取り出すには、酸素硫黄を取り除く必要がありますね。鉄は、鉄鉱石にコークス石灰石を加え、加熱することで作られます。コークスは酸化鉄から酸素を取り除く役割を、石灰石は他の不純物を取り除く役割を持っています。よって、答えは①となります。

 

(平成27年度第二回試験問題より)

(平成27年度第二回試験問題より)

油に対する親和性が高い(油になじみやすい)性質を親油性、水に対する親和性が高い(水になじみやすい)性質を親水性といいます。洗剤を使いすぎると、洗い流す水が大量に必要になったり、下水を汚染したりと、環境への負担が大きくなりますね。よって、答えは⑤となります。

 

物質の見分け方

物質は純物質混合物のふたつに分けることができ、また、純物質は単体化合物に分けることができます。これらの見分け方を押さえておきましょう。

 

(平成28年度第一回試験問題より)

(平成28年度第一回試験問題より)

純物質は1種類の物質からできており、物質ごとの融点・沸点・密度が決まっています。さらに純物質は1種類の元素からなる単体と、2種類以上の元素からなる化合物に分けられます。また、混合物は2種類以上の物質が混じったものです。6種類の物質のうち、単体は水銀(Hg)のみ。化合物は水(HO)・二酸化炭素の固体であるドライアイス(CO)、混合物は空気と海水、牛乳となります。なお、空気は窒素や酸素など複数の気体からなる混合物、海水は塩化ナトリウムなどが水に溶けた混合物、牛乳はタンパク質や脂肪などがコロイド状になって水の中に散らばった混合物です。よって、答えは②となります。

 

熱運動と物質の三態

物質を構成している粒子は温度に応じて絶えず不規則な運動(熱運動)をしています。また、物質には気体・液体・固体の3つの状態があり、これを物質の三態と呼びます。物質の三態は、温度や圧力によって変化します。物質の熱運動と三態について、しっかり押さえておきましょう。

 

(平成27年度第一回試験問題より)

(平成27年度第一回試験問題より)

拡散は、物質を構成する粒子が運動する熱運動によって起こります。粒子の運動が理論上停止する温度(絶対零度)-273℃です。つまり、これを基準とする絶対温度では、-273℃(セルシウス温度)=0K(ケルビン)となりますから、

-273℃=0K
0℃=(0+273)K
27℃=(273+27)K

つまり、27℃=300Kとなります。この計算のやり方は頭に入れておきましょう。よって答えは②となります。

 

(平成26年度第一回試験問題より)

(平成26年度第一回試験問題より)

固体のHO(氷)を加熱すると、0℃で融けはじめ、固体から液体へと変化します。氷が融けている間は図のイ→ウのように温度が0℃のまま変わりません。固体が全て液体に変わると再び温度が上がり始め、100℃になると水が沸騰し、液体から気体へと変化します。水が沸騰している間も、エ→オのように温度は100℃のまま変化しません。よって、Aには「液体と気体」があてはまります。100℃を絶対温度で表すと、273+100=373(K)となりますから、Bは「373」ですね。物質が固体・液体・気体と状態変化しても、物質そのものは変化しませんから質量は一定です。しかし、分子間の距離が異なるため、体積は固体<液体<気体の順に大きくなります。よって、答えは⑤となりますね。

 

(平成28年度第二回試験問題より)

(平成28年度第二回試験問題より)

①は液体→気体ですから蒸発、②は固体→気体ですから昇華、③は気体→液体ですから凝縮、④は固体→液体ですから融解、⑤の現象を溶解といいます。よって正しい答えは③となります。状態変化の正しい名称を理解していればわかる問題ですね。下のような図と共に覚えておくとわかりやすいでしょう。

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同素体

同じ元素から出来ている性質の異なる単体の物質の事を同素体といいます。代表的な同素体は暗記しておくようにしましょう。

炭素(C)…ダイヤモンド、黒鉛、フラーレン、カーボンナノチューブ
酸素(O)…酸素(O)、オゾン(O3
硫黄(S)…斜方硫黄、単斜硫黄、ゴム状硫黄
リン(P)…黄リン、赤リン

 

(平成28年度第一回試験問題より)

(平成28年度第一回試験問題より)

①~⑤のうち、同じ元素を持つ単体の物質は⑤の酵素(O)とオゾン(O)です。なお、二酸化炭素と一酸化炭素は、元素は同じですが化合物であるため、同素体ではありません。

 

(平成28年度第二回試験問題より)

(平成28年度第二回試験問題より)

同じ元素の単体で性質の異なる物質を同素体といいます。同位体とは原子番号が同じで、質量数の異なる原子同士のこと。この二つは混同しやすいので要注意。ダイヤモンドと黒鉛は、炭素からなる同素体ですね。よって、答えは⑤となります。

 

炎色反応

物質を炎に入れると特定の色に変わる現象を炎色反応と言います。元素によって炎の示す色は決まっています。以下の炎色反応は押さえておきましょう。

リチウム(Li)
ナトリウム(Na)
カリウム(K) 赤紫
銅(Cu) 青緑
カルシウム(Ca)
ストロンチウム(Sr) 深紅
バリウム(Ba) 黄緑

 

(平成27年度第一回試験問題より)

(平成27年度第一回試験問題より)

上表より、⑤が正しい組み合わせとなります。炎色反応には語呂合わせなどさまざまな覚え方があります。自分に合った方法で暗記しておきましょう。

 

【2】大問2 物質の構成粒子

大問2では、「物質の構成粒子」について出題されます。原子の構造、同位体、電子配置、周期表などについて、過去問題を解きながら重要ポイントを押さえましょう。

 

原子の構造

原子原子は物質を構成する最小単位です。原子は、原子核である陽子・中性子と、そのまわりを移動する電子によって構成されています。陽子と電子の数は等しく陽子は正(+)、電子は負(-)の電荷をもっています。また、原子は右図のように表されます。

陽子の数と中性子の数を合わせたものを質量数と言います。原子の質量数と原子番号から、陽子の数・電子の数・中性子の数を導き出せるようにしておきましょう。

 

(平成26年度第一回試験問題より)

(平成26年度第一回試験問題より)

全ての物質はそれ以上分けることのできない小さな粒子からなり、この粒子を原子といいます。原子は直径が10-10m程度と非常に小さいため、肉眼では見ることが出来ません。よって、①が正解となります。

 

(平成28年度第一回試験問題より)

(平成28年度第一回試験問題より)

原子中で、陽子と数が等しいのは電子ですね。よって①と②は誤りです。次に、ナトリウムの元素記号の左上に書かれた「23」は質量数をあらわしたもので、左下に書かれた「11」は原子番号を示していますから、③も誤り。原子核中の陽子は正(+)の電荷をもち、中性子は電荷をもたないため、原子核は正(+)の電気を帯びていることになります。よって④が正しい内容となります。なお、電子1個の質量は陽子や中性子1個の質量の約1/1840と非常に小さいですから、⑤も誤りとなります。

 

(平成27年度第一回試験問題より)

(平成27年度第一回試験問題より)

質量数=陽子の数+中性子の数ですから、陽子の数=質量数―中性子の数となります。よって、①が正しい内容とわかるでしょう。陽子と電子の質量の比は1:1/1840ですから②は誤り。原子核は陽子と中性子からなるものですから③も誤りです。電子は負の電気を帯びていますから、原子が電子を失うと正の電気を帯びた陽イオンとなり、電子を受け取ると負の電気を帯びた陰イオンとなります。よって④も誤り。同位体とは、陽子の数が等しく、中性子の数が異なる原子の事ですから⑤も誤りとなります。

 

同位体

同じ元素の原子で、中性子の数が異なる原子を互いに同位体(アイソトープ)といいます。また、放射線を出す同位体を放射性同位体(ラジオアイソトープ)といいます。同位体の特性については頻繁に取り上げられていますから、きちんと押さえておきましょう。

 

(平成28年度第一回試験問題より)

(平成28年度第一回試験問題より)

同位体とは、原子番号が同じで中性子の数が異なるものですから、①と⑤は誤りですね。③が正しい内容となります。②の赤リンと黄リンは同位体ではなく同素体です。すべての同位体が放射線を出すわけではないので④も誤りとわかるでしょう。

 

(平成26年度第一回試験問題より)

(平成26年度第一回試験問題より)

質量数=陽子の数+中性子の数です。これより、

①原子番号1(=陽子の数)の水素の質量数が1ということは、「1=1+0」ですから、中性子の数=0とわかります。よって「質量数が1の水素」と「中性子の数が0の水素」は同じ原子であるとわかります。

②原子番号6の炭素の質量数が13ということは、「13=6+7」ですから、中性子の数=7とわかります。よって「質量数が13の炭素」と「中性子の数が7の炭素」は同じ原子であるとわかります。

④原子番号8の酸素の質量数が16ということは、「16=8+8」ですから、中性子の数=8とわかります。同様に、質量数が18ということは、「18=8+10」で、中性子の数=10となります。中性子の数が異なりますから、④が正解となります。

原子番号をしっかり覚えているかどうかもポイントとなるでしょう。なお、

162163は、同じ原子からできている単体で性質の異なる同素体です。

14Cと14Nは原子が違いますから、同位体ではありません。

 

電子配置

電子は電子殻と呼ばれる軌道上に配置されています。電子殻は内側から順番にK殻、L殻、M殻、N殻と呼ばれ、外側に行くほどエネルギーが高くなっていきます。それぞれの電子殻の最大電子数は2n(n=内側から数えた殻の位置)で求めることができ、電子が最大電子数まで埋まっている殻を閉殻と言います。最外殻の電子殻を回っている電子のことを価電子といい、この個数が原子の性質を決定づける要因となります。後に出てくる周期表と共に特徴を押さえておきましょう。

 

(平成28年度第一回試験問題より)

(平成28年度第一回試験問題より)

イオン化エネルギー小さいほど陽イオンになりやすい性質をもちます。しかし、アの電子は電子殻に近く安定した電子配置を持つため、イオン化エネルギーは大きくなります。よって①は誤り。価電子が3個以下のものは陽イオンになりやすく5個以上のものは陰イオンになりやすい特徴があります。4個のものはどちらのイオンにもなりにくい特徴がありますから、②も誤り。電気陰性度小さいほど陽イオンになりやすい性質をもちます。また、電気陰性度は周期表の右上に行くほど大きくなることから、オの塩素は電気陰性度が高い原子であるとわかります。よって③も誤りです。次に、アとウは最外殻の電子の数が同じですね。しかし、アのように最外電子殻に最大数の電子が配置されている場合、科学的に安定していて他の原子と結合しにくいため、価電子は0となります。よって④も誤り。⑤が正しい内容となります。

アルゴンの電子数原子番号18のアルゴンの電子数は18個で、右図のように配置されています。

エはM殻に電子を2個受け取って陰イオンになり、オはM殻に電子を1個受け取って陰イオンになりますから、アルゴンと同じ配列になることがわかります。

 

周期表

元素を原子番号順に並べていくと、周期的に性質が変化します。その周期律に基づいて元素が縦に並ぶように表したものを周期表といいます。縦の列を族、横の行を周期といい、同族のものは価電子の数が同じ同周期のものは使用している電子殻が同じことを意味しています。典型元素・遷移元素金属元素・非金属元素など、元素の分類について整理しておきましょう。周期表は原子記号・原子番号と共にしっかり暗記しておくことをオススメします。

 

(平成28年度第一回試験問題より)

(平成28年度第一回試験問題より)

イの1族元素をアルカリ金属といいます。アルカリ金属は価電子の数が1個で、1価の陽イオンになりやすい性質を持ちますから、①が正しい内容となります。クの17族元素はハロゲンです。これは非金属元素ですから②は誤りです。ケの18族元素を希ガスといいます。希ガスでは価電子の数が0となりますから、③も誤り。なお、エのBe、Mgを除く2族元素をアルカリ土類金属といいます。次に、1、2、12~18族の元素を典型元素といい、3~11族の元素を遷移元素といいます。よって④も誤り。カは金属元素で、キは非金属元素ですから⑤も誤りです。

 

(平成27年度第一回試験問題より)

(平成27年度第一回試験問題より)

ア~オのうち、同じ族に属する元素は13族のB(ホウ素)とAl(アルミニウム)ですね。よって答えは②となります。

 

【3】大問3 物質の化学結合

大問3では、「物質の化学結合」について出題されます。原子間の結合は、イオン結合・金属結合・共有結合の3種類に分けられます。それぞれの特徴について、過去問題を解きながら押さえていきましょう。

 

イオン結合

陽イオンと陰イオンが静電気力(クーロン力)で引きあう結合をイオン結合といいます。一般的に、陽イオンは金属元素、陰イオンは非金属元素で出来ていますから、「イオン結合=金属+非金属」ということを押さえましょう。電荷が大きく、イオン間の距離が近いほど静電気力は大きくなります。イオン結合の特徴については毎年出題されていますから重点的に学習を。

 

(平成28年度第一回試験問題より)

(平成28年度第一回試験問題より)

ナトリウムは価電子の数が1個で電子を失いやすく(=イオン化エネルギーが小さい)、陽イオンになりやすい特性があります。一方、塩素原子は価電子が7個と多く、陰イオンになりやすい特性があります。陽イオンと陰イオンが静電気力で結合することをイオン結合といいますから、Aには「小さく」、Bには「静電気的な引力」があてはまります。一般的に、イオン結合で結合した物質の融点は高く、固体の状態では電気を通しませんが、融解するとイオンが自由に動ける状態になり、電気を通すようになります。よって答えは⑤となります。

 

(平成26年度第一回試験問題より)

(平成26年度第一回試験問題より)

陽イオンと陰イオンはそれぞれ正電荷と負電荷の和が0になるように結合し、電気的に中性になります。よって、2価の陽イオンであるカルシウムイオン(Ca2+)と、1価の水酸化物イオン(OH)は、Ca2+:OH=1:2の比で結合しなければなりません。よって、水酸化カルシウムの組成式はCa(OH)と表されますから、④が正しい答えとなります。

 

金属結合

金属元素同志の結合を金属結合と言います。「金属結合=金属+金属」ということを押さえておきましょう。金属元素は価電子が少ないため、電子を放出し陽イオンになりやすい性質があります。金属元素同志が出会うと、互いに高速で電子を放出し合い、その電子が自由電子として二つの元素を結合させます。

 

(平成28年度第一回試験問題より)

(平成28年度第一回試験問題より)

金属は多数の原子が規則正しく配列し結晶を作っています。この金属原子の価電子は、自由電子として結晶内を動き回っており、このような結合を金属結合といいます。よって答えは③の組み合わせとなります。

 

(平成27年度第一回試験問題より)

(平成27年度第一回試験問題より)

金属は電気を伝えやすく熱も伝えやすい性質を持っています。また、金属は決まった原子と結合しているわけではないので、外部から力が加えられると原子がずれるように動きます。そのため、金属は叩くと薄く広がる展性や、引っ張ると細く伸びる延性を持っています。よって答えは⑤となります。また、典型金属の融点は低く、遷移金属の融点は高いという性質も覚えておきましょう。

 

共有結合

非金属原子同士がお互いの電子を共有して結合することを共有結合といいます。「共有結合=非金属+非金属」であることを押さえましょう。共有結合でできた物質を分子と呼びます。分子はひとつひとつが特有の形をしています。この分子形状についても、代表的なものは暗記をしておきましょう。

 

(平成28年度第一回試験問題より)

(平成28年度第一回試験問題より)

原子が共有結合で結びつくとき、原子同士がまだ対になっていない不対電子を出し合って作る電子対を共有電子対といい、結合前から電子2個で1組の電子対をつくり、結合には関与しないものを非共有電子対といいます。水分子は、酸素原子の持つ価電子6個のうち、2個が不対電子となり、水素原子とそれぞれ共有結合をつくります。残りの4個は結合に関与しないので、非共有電子対は2組です。対して、アンモニア分子は、窒素原子の持つ価電子5個のうち、3個が不対電子となり、水素原子とそれぞれ共有結合をつくります。残りの2個は結合に関与しないので、非共有電子対は1組です(下図参照)。よって、答えは②となります。

 

(平成26年度第一回試験問題より)

(平成26年度第一回試験問題より)

共有結合において、共有電子対がどちらか一方の電子に偏っていることを、結合に極性があるといいます。極性が生じるのは、原子の種類によって原子を引き付ける強さ(電気陰性度)が異なるためです。①~⑤のうち、陰性をもつ分子は⑤のアンモニア分子(NH)です。アンモニア分子は、三角錐の各頂点に4個の原子がくっついた形をしており、Nの方が電気陰性度が大きいため共有電子対がNの方に偏っています。よって正解は⑤となります。同じ原子がくっついた①の水素分子(H)や原子1個で存在する④のヘリウム(He)は極性を持ちません。また、分子の形が正四面体形メタン(CH)や、直線形二酸化炭素(CO)は、分子の形の対称性により電気的な偏りが打ち消されるため極性を持ちません。

 

(平成27年度第一回試験問題より)

(平成27年度第一回試験問題より)

折れ線形になるのは③の水分子(HO)と硫化水素分子(HS)です。なお、水素分子(H)やフッ化水素分子(HF)、塩化水素分子は2個の分子が結合しているので折れ線形にはなりません。また、二酸化炭素は酸素原子と炭素原子が一直線に並んだ直線形ですね。四塩化炭素(CCl)とメタン(CH)は正四面体形アンモニア(NH)は三角錐形です。

 

分子間力

分子間力とは、文字通り「分子間にはたらく力」の総称です。ファンデルワールス力極性分子間に働く引力水素結合などがあり、引き合う力の強さは、「水素結合>極性分子間に働く引力>ファンデルワールス力」となります。

 

(平成27年度第一回試験問題より)

(平成27年度第一回試験問題より)

すべての分子間にはたらく弱い引力をファンデルワールス力といいます。水素や酸素、二酸化炭素はファンデルワールス力が弱いため、融点や沸点が低く、標準状態では気体となっています。気体の状態では電離することはないので電気を伝えにくい特徴があります。二酸化炭素が固体となったドライアイスは、固体から直接気体へと変化しますね(昇華)。よって答えは②となります。

 

【4】大問4 物質量と化学変化

大問4では、「物質量と化学変化」について出題されます。物質量や濃度の計算など、計算問題が出題されるため苦手な人も多い分野ですが、解き方を押さえればそれほど難しいものではありません。過去問題を解きながら重要ポイントを押さえましょう。

 

物質量

原子や分子、イオンなどの量を物質量といい、原子などの粒子が6.0×1023個(アボガドロ定数)あつまったものをまとめて1molと呼びます。物質量(mol)と質量(g)・体積(L)・個数(個)の関係や、「molを用いた計算」のやり方をしっかりと押さえましょう。

 

質量(g)・体積(L)・個数(個)を求めたい ⇒ 掛け算 物質量(mol)を求めたい ⇒ 割り算
質量(g) 質量=分子量×物質量 物質量=質量÷分子量
体積(L) 体積=分子量×物質量 物質量=体積÷分子量
個数(個) 個数=分子量×(6.0×1023 物質量=個数÷(6.0×1023

 

(平成28年度第一回試験問題より)

(平成28年度第一回試験問題より)

全ての気体は標準状態(0℃、1気圧)において、1molあたり22.4Lの体積を占めます。この場合、物質量が1molなのはどれかをさがせばいいわけですから、「質量÷分子量」でそれぞれの物質量を求めましょう。

水素(H)1.0gの物質量は1.0÷(1.0×2)=0.5(mol)
アンモニア(NH)34gの物質量は34÷(14+1.0×3)=2(mol)
エチレン(C24)14gの物質量は14÷(12×2+1.0×4)=0.5(mol)
プロパン(C38)44gの物質量は44÷(12×3+1.0×8)=1.0(mol)
二酸化炭素(CO)88gの物質量は88÷(12+16×2)=2(mol)

よって、答えは④のプロパン(C38)となります。

 

(平成27年度第一回試験問題より)

(平成27年度第一回試験問題より)

この場合、「分子量×物質量」でメタンの質量を求めることができますね。CHの分子量は1.0+12×4=16。質量は16×2.0=32(g)となります。よって、④が正しい答えとなります。

 

(平成27年度第一回試験問題より)

(平成27年度第一回試験問題より)

①ドライアイス(CO)44gの物質量は「質量÷分子量」で求められますから、

44÷(12+16×2)=1.0(mol)

②標準状態では気体1molの体積は22.4Lと決まっていますから、体積が11.2Lの酸素は

11.2÷22.4=0.5(mol)

③個数から物質量を求めるときは「個数÷(6.0×1023」で求められますから、

6.0×1023÷(6.0×1023)=10(mol)

④ダイヤモンド10gの物質量は「質量÷分子量」で求められますから、

10÷12=0.883…(mol)

⑤水分子16gの物質量は「質量÷分子量」で求められますから、

16÷(1.0×2+16)=0.888…(mol)

よって①が正しいとわかります。

 

(平成26年度第一回試験問題より)

(平成26年度第一回試験問題より)

相対質量とは、炭素の質量を12と定め、これを基準に他の原子の質量を相対的に比べたものです。8個分の相対質量は12×8=96となります。つまり、Aの原子×4=96ですから、Aの原子=96÷4=24ですね。よって正解は④となります。

 

濃度

液体に溶けている物質を溶質、溶質を溶かしている液体を溶媒、溶質と溶媒を合わせたものを溶液といいます。濃度には以下の3つの表し方があります。

モル濃度(mol/L)=溶質(mol)÷溶液(L)
質量モル濃度(mol/kg)=溶質(mol)÷溶媒(Kg)
質量パーセント濃度(%)=溶質(mol)÷溶液(g)×100

高卒認定試験では、モル濃度の計算のやり方を押さえておけば問題ないでしょう。

 

(平成28年度第一回試験問題より)

(平成28年度第一回試験問題より)

0.10(mol/L)は、水溶液1L中にグルコースが0.10g溶けているということですね。グルコースの分子量は180ですから、0.10molの質量は180×0.10=18(g)です。溶液=溶質+溶媒ですから、答えは①となります。

 

(平成27年度第一回試験問題より)

(平成27年度第一回試験問題より)

グルコース18gの物質量は、18÷180=0.10molですね。「モル濃度(mol/L)=溶質(mol)÷溶液(L)」ですから、0.10÷1=0.10(mol/L)となります。また、図の器具はメスフラスコですね。よって答えは⑤となります。

 

化学反応式

化学反応の反応物生成物の関係を式に表したものを化学反応式と言います。化学反応式から物質量・分子量・質量を求めることができるか、化学変化から化学反応式を作れるかどうかがポイントになるでしょう。

 

(平成28年度第一回試験問題より)

完全燃焼ということは、物質が酸素と反応し、異なる物質へ変化することを表しています。選択肢はすべて炭素(C)と水素(H)から成り立つ物質ですから、酸素(O)と反応すると二酸化炭素(CO)と水(HO)がつくられると予想できます。①~⑤の化学反応式と酸素の物質量は以下の通りです。

①C+O→CO(酸素1mol)
②CH4+2O→CO+2HO(酸素2mol)
③2C+5O→4CO+2HO(酸素2.5mol)
④C4+3O→2CO+2HO(酸素3mol)
⑤2C6+7O→4CO+6HO(酸素3.5mol)

よって答えは⑤となります。

 

(平成28年度第一回試験問題より)

化学式より、硫黄(S)1molを完全燃焼させるのに必要な酸素(O)は1molであるとわかります。文中の原子量より、硫黄1molの質量は32g、酸素1molの質量は16×2=32gですね。よって、硫黄16gは0.5molとなりますから、硫黄0.5molを燃焼させるのに必要な酸素も0.5mol。よって、酸素の質量は32×0.5=16gとなります。化学変化の前後で全体の質量は変化しません(質量保存の法則)から、生じる二酸化硫黄の質量は16+16=32g。正しい答えは③となります。

 

(平成27年度第一回試験問題より)

(平成27年度第一回試験問題より)

化学反応式より、マグネシウム1molから水素1molが発生するとわかりますね。マグネシウム0.240gの物質量は0.240÷24.0=0.01molですから、水素は0.01mol発生することになります。気体1molの体積は22.4Lですから、水素0.01molの体積は22.4×0.01=0.224(L)。よって答えは②となります。

 

(平成26年度第一回試験問題より)

(平成26年度第一回試験問題より)

左辺には炭素原子(C)が4つありますから、右辺の炭素原子の数も揃えなくてはなりません。よってBは4となります。同様に、左辺に水素原子(H)は8個ありますから、Cにも8があてはまります。最後に、右辺の酸素原子(O)が12個となったことから、左辺のOの係数Aは12÷2=6となります。よって、②が正しい答えとなります。

 

【5】大問5 化学反応

大問5では、「化学反応」について出題されます。酸と塩基、中和と塩、酸化還元反応などについて、過去問題を解きながらポイントを押さえましょう。

 

酸と塩基の定義

塩基(水に溶けやすいものを特にアルカリと呼びます)の違いについて押さえておきましょう。

酸性 塩基性
  • 青色リトマス紙を赤色にする。
  • BTB溶液を黄色にする。
  • 水溶液中で水素イオン(Hを生じる。
  • 赤色リトマス紙を青色にする。
  • BTB溶液を青色にする。
  • 水溶液中で水酸化物イオン(OHを生じる。
  • フェノールフタレイン溶液を赤色にする。

 

(平成28年度第一回試験問題より)

(平成28年度第一回試験問題より)

フェノールフタレイン溶液は塩基性の水溶液で赤色を示しますが、酸性や中性の水溶液では無職のまま変化しません。よって、アは誤り。酸の水溶液は水溶液中で水素イオン(H)を生じ、塩基の水溶液は水酸化物イオン(OH)を生じます。よってイも誤り。酸性の水溶液は青色リトマス紙を赤に、塩基性(アルカリ性)の水溶液は赤色リトマス紙を青に変えますから、ウは正しい内容です。BTB溶液は酸性で黄色、中性で緑色、塩基性で青色を示すので、エも正しい内容です。塩基の水溶液は鉄とは反応しませんから、オは誤り。これらから、②が正しい組み合わせとなります。

 

pHの強さ

酸の強さを表す値をpHといいます。1~14で示され、この値が低いほど酸性が強いことを示します。

PH

 

(平成27年度第一回試験問題より)

(平成27年度第一回試験問題より)

レモン汁は酸性なので、7より小さい値となります。次に石けん水は塩基性なので7より大きい値、牛乳はほぼ中性なので7となり、レモン汁<牛乳<石けん水の順番であるとわかるでしょう。よって答えは②となります。

 

中和と塩

酸と塩基が互いに性質を打ち消し合う反応を中和反応といいます。また、中和によって酸の陰イオンと塩基の陽イオンがイオン結合し生じた物質をとよびます。

 

(平成27年度第一回試験問題より)

(平成27年度第一回試験問題より)

塩化ナトリウム(NaCl)は強酸の塩酸(HCl)と強塩基の水酸化ナトリウム(NaOH)の中和によって生じたものですから、中性です。酢酸ナトリウム(CHCOONa)は弱酸の酢酸(CHCOOH)と強塩基の水酸化ナトリウム(NaOH)の中和によって生じたものですから、塩基性です。塩化アンモニウム(NHCL)は強酸の塩酸(HCl)と弱塩基のアンモニア(NH3)の中和によって生じたものですから、酸性です。よって答えは③となります。

 

中和の量的関係

中和に関する計算問題も多く出題されます。中和反応において、OH1:1で反応します。「酸から生じるH(mol)=塩基から生じるOH」ということを押さえましょう。中和の計算問題は同じようなパターンのものが多いですから、過去問題で繰り返し練習しておきましょう。

 

(平成28年度第一回試験問題より)

(平成28年度第一回試験問題より)

化学反応式より、塩酸(HCl)と水酸化ナトリウム(NaOH)が反応するときの物質量の比は1:1ですね。塩酸と水酸化ナトリウム水溶液が完全に中和するとき、水溶液に含まれる塩酸と水酸化ナトリウムの物質量は等しくなります。

求める塩酸のモル濃度をx(mol/L)とすると、

x(mol/L)×0.01(L)= 0.10(mol/L)×0.02(L)
<塩酸の物質量>    <水酸化ナトリウムの物質量>

が成り立ちます。これを解くと、

0.01x=0.002

x=0.20(mol)となりますから、正解は④となります。

 

酸化数の決定

酸化と還元には、「酸素」「水素」「電子」の3つに関する定義があります。

酸素 水素 電子
酸化 酸素を得る 水素を失う 電子を失う
還元 酸素を失う 水素を得る 電子を得る

酸化と還元は同時に起こり、この反応を酸化還元反応と言います。酸化数とは、単体の原子や化合物、イオンが標準の状態に比べてどのくらい電子を持っているのかを表したものです。酸化数の決定にはいくつかのルールがあります。

1)単体中の原子の酸化数は0
2)化合物全体の酸化数は0
3)イオン全体の酸化数はその電荷に等しい
4)化合物中の1族アルカリ金属は+1、2族アルカリ土類金属は+2
5)水素原子(H)=+1
6)酸素原子(O)=-2
7)硫黄原子(S)=-2

(順番が上であるほど優先順位高)

酸化数の決定は高頻度で出題されますから、過去問題で計算のやり方に慣れておきましょう。

 

(平成28年度第一回試験問題より)

(平成28年度第一回試験問題より)

①H(過酸化水素水)⇒酸化数+1のHが2つあり、酸化数の総和は0となることから、(+1)×2+x×2=0よりOの酸化数は-1。HO(水)⇒酸化数+1のHが2つあり、酸化数の総和は0となることから、(+1)×2+x=0よりOの酸化数はー2。

②CuO(酸化銅)⇒酸化数-2のOが1つあり、酸化数の総和は0となることから、x+(-2)=0よりCuの酸化数は+2。CuCl(塩化銅)⇒酸化数-1のClが2つあり、酸化数の総和は0となることから、x+(-1)×2=0よりCuの酸化数は+2。

③Na(ナトリウム)⇒単体なので酸化数は0。NaCl(塩化ナトリウム)⇒酸化数-1のClが1つあり、酸化数の総和は0となることから、x+(+1)×1=0よりNaの酸化数は+1。

④NO(一酸化窒素)⇒酸化数-2のOが1つあり、酸化数の総和は0となることから、x+(-2)×1=0より、Nの酸化数は+2。NO(二酸化窒素)⇒酸化数-2のOが2つあり、酸化数の総和は0となることから、x+(-2)×2=0より、Nの酸化数は+4。

⑤H(水素)⇒単体なので酸化数は0。HCl⇒Hの酸化数は+1。

よって、②が正解となります。

 

酸化剤と還元剤

酸化剤とは、相手の電子を奪うことで相手を酸化する物質の事です。酸化剤としてはたらいた物質は必ず電子を受け取っているので酸化数が減少します。また、電子を奪われた酸化した物質を還元剤といいます。還元剤は酸化数が増加します。そこをおさえておけば、酸化剤と還元剤を見分けることができるでしょう。

 

(平成27年度第一回試験問題より)

(平成27年度第一回試験問題より)

アでは塩素原子(Cl)の酸化数が0⇒-1と変化し還元されているので、塩素は酸化剤としてはたらいていることがわかります。イでは銅原子(Cu)の酸化数が0⇒+2と変化し酸化されているので、還元剤としてはたらいています。ウではナトリウム原子(Na)の酸化数が0⇒+1と変化し酸化されているので、還元剤としてはたらいています。よって、答えは①となります。

 

金属のイオン化傾向

金属は陽イオンになりやすい(還元されやすい)性質を持つ原子から成っています。還元しやすい順番に金属元素を並べたものを金属のイオン化傾向と呼びます。この順番は暗記しておくことが大前提です。

金属のイオン化傾向

 

(平成28年度第一回試験問題より)

(平成28年度第一回試験問題より)

イオン化傾向の大きい金属が負極イオン化傾向の小さい金属が正極となり、電子はイオン化傾向が大きい金属⇒小さい金属へと流れます。図の矢印より、金属Aの方が金属Bより、イオン化傾向が大きいとわかります。イオン化傾向はAl>Zn>Cuですから、③が正しい組み合わせとなります。

 

(平成26年度第一回試験問題より)

(平成26年度第一回試験問題より)

イオン化傾向が水素(H)よりも大きい場合、水素イオンを含む水溶液中に金属を入れたとき金属が溶けて水素が発生します。①~⑤のうち、Hよりもイオン化傾向が大きいのは、アルミニウム(Al)を塩酸(HCl)に加えた①となります。よって、①が正解となります。

 

3.「化学基礎」を攻略する三つのポイント

 

【その一】暗記と理解を見極めよう

化学基礎では、元素記号や周期表などの「暗記すべき分野」と、物質量や化学反応の計算などの「原理を理解すべき分野」がはっきりと分かれています。そこを見極めずに、すべての仕組みや原理を理解しようとすると、勉強時間を大幅にロスしてしまいますから要注意。暗記が必要な部分は語呂合わせなどを活用しながら上手に覚えましょう。

 

【その二】計算問題が苦手なら大問1~3に力を入れて

計算問題が集中するのは大問4「物質量と化学変化」と大問5「化学反応」です。解き方のコツを覚えればさほど難しい問題は出題されませんが、どうしても計算は苦手という人は、前半の大問1~3を極めることをオススメします。苦手分野を克服するより、自分の得意な分野をのばして目標の4割突破を目指した方が近道です。

 

【その三】教科書の例題や過去問題に出てきた元素記号は絶対暗記!

とにかく元素記号の暗記が大前提の化学基礎。周期表を丸暗記するのもなかなか大変ですよね。まずは教科書の例題や過去問題を解いてみましょう。出題頻度の高いものは自然と記憶に残りますね。あとは問題に一度でも出てきた元素や化学式は暗記するように心がけましょう。周期表と照らし合わせながら暗記するのがポイントです。

 

まとめ

化学基礎を攻略するには基本的な知識があることが大前提。知識がなくても問題文から読み解けるといった問題はほぼゼロです。しかし出題傾向には変動がなく基礎問題が多いことから、傾向を探りやすいのがメリット。一見難しそうに思われる化学ですが、3年分の過去問題をしっかりとやりこめば、特別な対策はしなくとも合格点が狙える教科と言えるでしょう。

 
 

【参考記事】高卒認定試験の過去問の傾向と対策一覧

 

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