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高分子化合物(知識)の問題

難易度 1教科書の例題レベル高校化学 高分子化合物(知識)

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。

スチレンと -ジビニルベンゼンの共重合体にスルホ基 を導入した樹脂は、陽イオン交換樹脂としてはたらく。この樹脂を詰めたカラムに塩化ナトリウム水溶液を通すと、水溶液中の が樹脂中の( a )と交換されるため、カラムから流出する水溶液は( b )を示す。

ab
ア酸性
イ塩基性
ウ酸性
エ塩基性

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(35 技能)
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  35. イオン交換樹脂と機能性高分子

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

技能「イオン交換樹脂と機能性高分子」を使う。陽イオン交換樹脂は、樹脂中のどんなイオンを、水溶液中のどんなイオンと交換するのかを考えよう。

ヒント 2

スルホ基 は酸性の官能基で、陽イオン交換樹脂は陽イオンどうしを交換する。 を出すのは陰イオン交換樹脂である。

ヒント 3

a は陽イオン交換樹脂から出てくるイオンなので、ア・イに絞れる。そのイオンが とともに流出液に含まれると、液性はどうなるかを考えよう。

答えと解説

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ア

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解説を読む

技能「イオン交換樹脂と機能性高分子」で、陽イオン交換樹脂のはたらきを順に追う。

手順 1:樹脂の官能基から、交換されるイオンを決める(空欄 a)
陽イオン交換樹脂は、スルホ基 のような酸性の官能基をもつ。この の が、水溶液中の陽イオンと入れかわる。陽イオン交換樹脂は「陽イオンどうし」を交換するので、 と交換されるのは である。

(R は樹脂の本体を表す。)
と交換するのは、 のような塩基性の官能基をもつ陰イオン交換樹脂で、水溶液中の陰イオン( など)と交換する。よって a は であり、ウ・エは誤り。

手順 2:流出液の液性を決める(空欄 b)
水溶液中の が に置きかわるので、流出液には と が含まれる。つまり流出液は塩酸( 水溶液)となり、酸性を示す。よって b は酸性であり、イは誤り。

  • ア:a・b ともに正しい。
  • イ:a は正しいが、 が流出するので液性は塩基性ではなく酸性であり誤り。
  • ウ: と交換するのは陰イオン交換樹脂なので、a が誤り。
  • エ:a・b ともに誤り(陰イオン交換樹脂に 水溶液を通したときの記述になっている)。

したがって正解はアである。なお、使用後の陽イオン交換樹脂に希塩酸などの強酸を通すと、 が に戻り、樹脂を再生できる。

別解

スルホ基をもつ陽イオン交換樹脂では、R-SO3H の H+ が水溶液中の陽イオンと交換される。NaCl 水溶液を通すと R-SO3H + Na+ → R-SO3Na + H+ となり、Na+ が樹脂の H+(a)と交換される。流出液には H+ と Cl- が含まれる(塩酸になる)ので酸性(b)を示す。OH- と交換されるのは陰イオン交換樹脂の場合である。よって正解はア。

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