物質の構成と化学結合(知識)の問題
次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして正しいものを、下の表のア〜エのうちから 1 つ選べ。
「水 分子は( a )形の分子であり、2 つの 結合の極性が打ち消し合わないため、分子全体として極性分子である。また、同じ 16 族元素の水素化合物である硫化水素 は より分子量が大きいが、沸点は のほうがはるかに高い。これは、 分子の間には、電気陰性度の大きい酸素原子と、別の分子の水素原子との間で( b )がはたらくためである。」
| a | b | |
|---|---|---|
| ア | 直線 | 水素結合 |
| イ | 折れ線 | ファンデルワールス力 |
| ウ | 折れ線 | 水素結合 |
| エ | 直線 | ファンデルワールス力 |
この問題で使うもの
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
分子の形と結合の極性から分子全体の極性が決まること、そして沸点の高さを決める分子間力の種類を使います。
ヒント 2
結合に極性があっても、分子の形が対称的だと極性は打ち消し合います。また、構造の似た分子では、ファンデルワールス力は分子量が大きいほど強くなります。
ヒント 3
文中で水分子は「極性分子」とされているので、極性が打ち消し合う形は a に入りません。これでア・エは除けます。残る 2 つは、分子量の大きい より の沸点が高い理由として、どちらの分子間力がふさわしいかで決めましょう。
答えと解説
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ウ
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解説を読む
空欄 a 水分子は、酸素原子を中心に 2 つの水素原子が結合した折れ線形の分子である。 結合には極性があり(酸素のほうが電気陰性度が大きい)、折れ線形なので 2 つの結合の極性は打ち消し合わず、分子全体として極性分子になる。もし直線形であれば、二酸化炭素 のように結合の極性が打ち消し合って無極性分子になるので、「極性分子である」という文と合わない。よって a は「直線」ではない。
空欄 b 電気陰性度の大きい原子()に結合した水素原子が、別の分子の電気陰性度の大きい原子と引き合う結びつきを水素結合という。水素結合はファンデルワールス力より強いので、 は分子量が小さいわりに沸点が非常に高い。
ファンデルワールス力は、構造の似た分子では一般に分子量が大きいほど強くなる。 のほうが分子量が大きいので、ファンデルワールス力だけでは「 のほうが沸点が高い」ことは説明できない。よって b は「ファンデルワールス力」ではない。
以上より、a が「折れ線」、b が「水素結合」の組み合わせであるウが正しい。
- ア:a が誤り(直線形なら無極性分子になる)。
- イ:b が誤り(分子量の大きい のほうがファンデルワールス力は強く、沸点の差を説明できない)。
- エ:a・b ともに誤り。
別解
a: H2O 分子は酸素原子に 2 組の共有電子対と 2 組の非共有電子対があり、折れ線形(結合角 約 104.5°)。2 つの O-H 結合の極性が打ち消し合わないので極性分子となる。直線形ならば極性が打ち消し合って無極性になるはずなので、a は折れ線。
b: H2O は電気陰性度の大きい酸素原子と別の分子の水素原子との間に水素結合がはたらくため、分子量の大きい H2S より沸点がはるかに高い。b は水素結合。ファンデルワールス力は H2S などにもはたらくが、沸点が極端に高い理由にはならない。
選択肢: ア(直線)a が誤り。イ 両方誤り。ウ 折れ線・水素結合で正しい。エ 両方誤り。
答えはウ。