第70回環境計量士国家試験（環化）問23の解説

問23（第70回 環化）

はじめに、選択肢１～５の物質を水に溶ける物質と水に溶けない物質に分けてみます。

気体は水に溶けて塩基性を示すとき、その気体を塩基性気体とよびます。酸性を示すときは酸性気体、水に溶けない気体は中性気体とよびます。
いくつか、具体例を挙げます。

塩基性気体：NH₃
酸性気体：Cl₂, HCl, SO₂, NO₂, CO₂, H₂S
中性気体：H₂, N₂, O₂, CO, NO

（これらはもちろん高校で学習する内容です。）


ところで、『似たものどうしは良く溶け合い、似ていないものどうしは溶けない』という話を聞いたことはありますか？

これは、溶質と溶媒の関係をうまく表現しています。すなわち、極性分子は極性溶媒に良く溶け、無極性溶媒にはあまり溶けないことを意味します。

水はとても極性の強い物質ですから、同じような極性の強い物質を溶かします。選択肢の中で、極性のある物質は 1-ブタノールと D-グルコースです。四塩化炭素は無極性分子ですから、水には溶けません。

アルコールは炭化水素基（疎水基）とヒドロキシ基（親水基）から構成されています。ヒドロキシ基は、水分子と水素結合して水に溶け込もうとしますが、炭化水素基は、水に溶解しないようにはたらきます。したがって、炭素数の大きいアルコール（炭素数が4以上）では炭化水素基の作用が強くなり，水に溶けにくくなります。

糖には多くのヒドロキシ基（-OH）をもっていますから、水に良く溶けます。


以上より、
１：水に不溶
２：水にそこそこ可溶
３：水に不溶
４：水に可溶
５：水に可溶


つぎは水に溶けたあとのことを考えます。
「高い電気伝導率を示す」ということなので、なんらかの電解質である必要があります。電解質は水などの溶媒に溶かすと陽イオンと陰イオンに分かれ、溶媒中をイオンが自由に動き回るので電気が通じます。

さて、二酸化窒素とD-グルコースが水に溶けると何か起きるのでしょうか？

二酸化窒素が水に溶けると硝酸ができます。その硝酸は H⁺ と NO^3- に電離しますから、その水溶液は高い電気伝導率を示します。

3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO
HNO₃ → H⁺ + NO^3-

一方、D-グルコースは水に溶けただけで電離しませんから、その水溶液が電気伝導率を示すことはありません。


正解は４