英国化学オリンピック · 2025年
問題
- 問題 1クレー射撃の弾薬にはニトロセルロースなどの速燃性火薬が使われる。ニトロセルロースは主にセルローストリニトレートで、セルロース（実験式 ）を濃硝酸と濃硫酸の混合物に加えてセルローストリニトレート（）ともう1つの生成物を得る。酸混合物中で生成するニトロニウムイオン がアルコール基をニトロ化する。硝酸はルイス塩基として硫酸からプロトンを受け取り中間体 を生成し、それが分解して となる。(a) セルロースと硝酸からセルローストリニトレートが生成する反応式を書け。(b) の生成式とそれが に分解する式を書け。(c) セルローストリニトレートの完全燃焼は二酸化炭素・水・気体の単体を生成する。 の完全燃焼の式を書き、、、、 kJ mol を用いて標準燃焼エンタルピーを計算せよ。(d) 発射時には空気中の酸素と反応する時間がなく、セルローストリニトレートはすべて気体生成物に分解し（ は生成しない）、生成物は 以上に達する。この分解の式を書き、 における 5.00 g のセルローストリニトレートから生じる気体の総体積を m で求めよ。解答: 1
- 問題 2アスタチンは地殻中で最も希少な天然元素で、存在量は常時約30 gと推定される。すべてが最も安定な天然同位体 At とする。(a) 地球上に常時存在する At 原子の数を推定せよ。(b) 鉛精製の副産物として得られるビスマスは、鉛–ビスマス混合物に Mg と Ca を加えて濃縮される。ビスマスは合金Aを形成し、質量で 7.91 % Ca、9.60 % Mg を含み鉛は含まない。合金Aの実験式を求めよ。(c) 合金Aは塩素と反応してビスマスと 2:1 の比の二つのイオン化合物B、Cを生成する。BとCの化学式を書け。(d) Bi に 粒子を衝突させると核が融合して At と2つの中性子ができる。このアスタチン同位体の質量数と原子番号を書け。(e) 余剰のビスマスは濃硝酸で除去し、硝酸ビスマス(III)、水、モル質量 30.01 g mol の無色気体が生じる。反応式を書け。(f) BrAt は2段階で作る： が D と反応して E のみを生成し、E が と反応して BrAt と D を与える。E の質量スペクトルは m/z 205.82 と 207.82 にほぼ等しい強度の2つの主要ピークを示す。DとEの化学式を書け。(g) BrAt 3.60 g を合成する。この At 同位体の半減期は 433 分である。BrAt が 3.65 mg だけ残るまでの時間を時間単位で（最も近い整数に）求めよ。解答: 1