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、下のア〜エから 1 つ選べ。
水 と硫化水素 は、どちらも 16 族元素の水素化合物で、分子量は のほうが大きい。しかし、 の分子どうしの間には、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に( a )がはたらく。そのため、沸点は のほうが よりも( b )。
| a | b | |
|---|---|---|
| ア | 水素結合 | 低い |
| イ | 水素結合 | 高い |
| ウ | ファンデルワールス力 | 高い |
| エ | ファンデルワールス力 | 低い |
この問題で使うもの
- 分子間力と沸点(説明と入口の問題)
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
「分子間力と沸点」の知識を使う。分子間力にはどんな種類があり、どれが強いかを思い出そう。
ヒント 2
・・ に結合した水素原子が、別の分子の ・・ 原子と引き合う強い引力を水素結合という。分子間力が強いほど沸点は高くなる。
ヒント 3
文中の「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」にはたらく力に当てはまる語句で、a が決まり、選択肢は 2 つに絞れる。あとは分子間力が強いと沸点がどうなるかを考えよう。
答えと解説
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イ
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解説を読む
手順 1:分子間力の種類を確認する。 分子どうしの間にはたらく力(分子間力)には、すべての分子の間にはたらくファンデルワールス力と、・・ のように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 ・・ 原子と引き合う水素結合がある。水素結合はファンデルワールス力よりもはるかに強い。
手順 2:空欄 a を決める。 では、電気陰性度の大きい酸素原子に水素原子が結合しているので、分子間に水素結合がはたらく。一方、 の硫黄原子は酸素原子ほど電気陰性度が大きくないので、水素結合はほとんどはたらかない。よって a は「水素結合」。
手順 3:空欄 b を決める。 分子間力が強いほど、分子どうしを引き離すのに大きなエネルギーが必要になり、沸点は高くなる。ふつう、構造の似た分子では分子量が大きいほどファンデルワールス力が強く沸点が高いが、 は強い水素結合をもつため、分子量の大きい よりも沸点が高い。よって b は「高い」。
選択肢の検討
- ア a は正しいが、分子間力が強くなるので沸点は低くならない。誤り。
- イ a・b ともに正しい。
- ウ・エ ファンデルワールス力は にも にもはたらくが、「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」にはたらく特別に強い引力は水素結合である。誤り。
よって答えはイである。
別解
電気陰性度の大きい O と別の分子の H の間にはたらく引力は水素結合(a)。水素結合により H2O は分子量が小さいにもかかわらず沸点が H2S より高い(b)。ア:沸点が低いは誤り。イ:水素結合・高いで正しい。ウ・エ:a がファンデルワールス力は誤り。よってイ。