2018年(平成三十年)日本东京大学二次试验试题(化学)

2018年（平成三十年）日本东京大学二次试验试题（化学）第一问

阅读下面的文章，回答第一~十题。一些必要的数值列举如下。

有机化合物的结构式例子：

两分子α-氨基酸脱水缩合形成二肽。二肽的末端氨基与另一末端羧基可继续脱水缩合形成环二肽。许多食品中的环二肽是产生风味的物质。此外，一些可作为药物替代品的环二肽目前备受瞩目。

以下实验涉及四种环二肽A、B、C、D。构成A、B、C、D的α-氨基酸均为L型。下列①~⑧基团是侧链–R1与–R2的可能结构。

实验1：A、B、C、D的酰胺键在盐酸水溶液中完全断裂后，A、C、D生成两种α-氨基酸，而B只生成一种α-氨基酸。

实验2：A、B、C、D置于足量金属钠中加热熔融反应。(i)用乙醇反应过量的金属钠后，加水稀释。对于A和C所得溶液，(ii)向其中加入醋酸铅(II)水溶液出现黑色沉淀。

实验3：将A、B、C、D加入浓硝酸中加热，A和B溶液呈黄色。

实验4：A、B、C、D中仅B在(iii)氯化铁(III)水溶液中呈紫色。

实验5：向A

重新生成A。

实验6：实验1中获得的B分解后的产物与足量溴反应，得到含两个溴原子的化合物E。

实验7：一定质量的C完全燃烧后生成66.0 mg二氧化碳和34.3 mg水。

实验8：D与无水醋酸反应生成化合物F。

实验9：对D和F进行电泳实验。D在碱性环境中会向阳极移动，而在中性环境中移动不明显。

F无论在碱性还是中性环境中均会向阳极移动。

问题

一、写出划线(i)处乙醇与金属钠反应的化学方程式。

二、判断划线(ii)处现象所对应的侧链，用①~⑧编号作答。

三、判断划线(iii)处现象所对应的侧链，用①~⑧编号作答。

五、分别写出A和B的立体异构体的数目。A与B自身不计。

六、写出E的结构式。

七、计算C中碳原子与氢原子个数的整数比。写出计算过程。

八、从①~⑧序号中选出C中的–R1和–R2。不考虑序号顺序。

九、从①~⑧序号中选出D中的–R1和–R2。不考虑序号顺序。另外，简要说明实验9中，D在中性环境下难以移动的原因。

十、写出F的结构式。

第二问

阅读下面的文章，回答第一~八题。表2-1与表2-2中列有一些必要的数值。

金属氧化物因金属元素不同而表现出不同性质。某些金属氧化物可用作工业耐火材料或催化剂。表2-1列举了Mg、Al、Ca、Ba四种元素对应的金属氧化物的一些特征。一般地，金属氧化物可通过氧化金属单质或①加热含金属元素的化合物制备。

某些天然形成的金属氧化物可作为制备相应金属单质的原料。例如，②金属Al可通过电解含少量冰晶石的熔融③纯Al2O3制备。④电解时，碳包覆的电解槽内侧作为阴极，碳棒为阳极。

表2-1 Mg、Al、Ca、Ba对应的氧化物性质

表2-2 各元素性质

问题

一、划线①处信息涉及的一个例子：向消石灰Ca(OH)2水溶液中通入适量CO2气体生成白色沉淀。加热分离出的白色沉淀生成生石灰CaO。用化学反应方程式分别写出Ca(OH)2水溶液中形成白色沉淀及该白色沉淀转变为CaO的过程。

二、MgO、CaO、BaO晶体具有如图2-1所示的NaCl型离子晶体结构。已知MgO晶胞的边长（图中a）为0.42 nm，计算CaO晶胞的边长，保留两位有效数字。两晶体的O2-离子半径相等。

图2-1 MgO、CaO、BaO的晶体结构示意图

三、物质的熔点与构成物质的微粒间的化学键键能有关。判断MgO、CaO、BaO中何者熔点最高，并解释理由。

四、利用表中数据，计算Al2O3与Al的体积比（=氧化物体积/金属体积），保留两位有效数字。

四、划线②处金属Al无法通过电解含Al3+的水溶液制备。简要说明原因。

五、划线③处纯Al2O3可从天然铝土矿中提取。方法之一拜耳法（Bayer process）是将铝土矿石用浓氢氧化钠溶液加热溶解。该反应涉及铝土矿石中Al2O3·3H2O与氢氧化钠的反应。写出该反应的化学反应方程式。

六、通过调整第五问中产物水溶液的pH值可生成一种络合离子[Al(H2O)m(OH)n](3-n)+。画出m+n = 6，n = 2时络合离子所有同分异构体的立体结构。不考虑H2O和OH-的立体结构。

七、划线④处电解过程中阳极上有CO和CO2产生。写出阳极的电极反应方程式。电子用e–表示。

八、划线④处电解过程中每消耗阳极碳72.0 kg，阴极上则沉积180 kg金属Al。已知阳极上产生CO和CO2。计算产生的CO2质量。保留3位有效数字。写出解答过程。

第三问

本大题包含I、II两题。一些必要的数值列举如下。

气体常数R = 8.31×103 Pa·L/(K·mol)

I、阅读下面的文章，回答一~五题。

压力为1.0×105 Pa的氨气被2.0 L浓度为9.0×10-2 mol/L盐酸溶液吸收的速率为0.20 L/min。t = 0 min时通入氨气，t = 40 min时停止进气。t = 40 min时将1.0 mol/L的氢氧化钠水溶液以10

mL/min速率滴入上述溶液中，t = 80 min氯化铵及1.0×10-9 mol/L氢离子。

氨气视为理想气体，且氨气与氯化铵均完全溶于水。忽略氨气溶解后造成的溶液体积变化。温度恒定为27 °C。溶液中存在平衡。

氨气水溶液中存在以下电离平衡：

NH3+H2O↔NH4++OH−

该平衡电离常数K b为

K b=[NH4+][OH−]

NH3

=1.8×10−5 mol/L

问题

一、计算t = 10 min时氢离子的浓度。保留两位有效数字并写出计算过程。

二、铵根离子NH4+在水溶液中存在以下平衡：

NH4+↔NH3+H+

计算铵根离子的电离常数K a。保留两位有效数字。水的离子积K W=[H+][OH−]=1.0×10−14(mol/L)2。

三、计算t = 40 min时氢离子的浓度。保留两位有效数字并写出计算过程。

四、从图3-1（1）~（6）中选出对应t = 0 min到t = 80 min溶液pH的变化过程。

图3-1 pH vs. t图像

II、阅读下面的文章，回答六~十题。