化学：物質量・平衡・電気分解・有機の横断整理
北海道大学の「化学」は、物質量を軸にした計算、化学平衡と酸塩基、酸化還元と電気分解、無機物質の性質、脂肪族・芳香族・高分子の構造と反応が横断的に問われます。数値計算では有効数字と近似の妥当性が、記述では「なぜその反応が優先するのか」という理由が採点対象になります。
物質量と溶液
- n = w/M、標準状態の気体は n = V/22.4、溶液は n = cV。
- 質量モル濃度 m [mol/kg] は溶媒1 kgあたり。凝固点降下は ΔT = Kf·m·i（i は電解質の粒子数）。
- 浸透圧は π = cRT。電解質では i を掛けます。
平衡と酸塩基
- 弱酸の [H⁺] ≈ √(Ka·c) は、c が [H⁺] より十分大きいときの近似です。計算後に [H⁺]/c が数%以下かを確かめます。
- ルシャトリエの原理：濃度・圧力・温度の変化に対し、平衡は変化を緩和する向きへ移動します。
- 塩の加水分解、緩衝液は共通イオン効果で説明できます。
酸化還元と電気分解
- 酸化数で係数を合わせ、半反応式を e⁻ でつなぎます。H₂O₂ の O は -1、OF₂ の O は +2 が例外です。
- 電気分解は陽極が酸化、陰極が還元。陰極ではイオン化傾向の小さい金属ほど析出しやすく、水の還元と競合します。
- ファラデーの法則：Q = It、1 mol の電子は 9.65×10⁴ C。
有機化合物
- 異性体は構造→幾何（シス・トランス）→光学（不斉炭素）の順に数えると漏れにくくなります。
- 還元性を示すのはアルデヒド、α-ヒドロキシケトン（フェーリング液を還元）、ギ酸。
- 芳香族はベンゼン環の置換基の配向性（o,p-配向、m-配向）まで問われます。
例題（弱酸の pH）
0.10 mol/L 酢酸水溶液の pH を求めます（Ka = 2.0×10⁻⁵）。[H⁺] = √(Ka·c) = √(2.0×10⁻⁶) = 1.4×10⁻³ mol/L。c に対する比は約1.4%で近似は妥当です。pH = -log(1.4×10⁻³) = 3 - 0.15 = 2.85。
失点しやすい箇所
- 近似の条件を確かめずに √(Ka·c) を使う。
- 電極の名称と反応（陽極＝酸化）の対応を逆にする。
- 水和物の結晶水を物質量に数え忘れる。
- 異性体の数え漏れ、示性式と構造式の混同。