共通テスト（理科） 過去問
令和5年度（2023年度）本試験
問130 (化学（第5問） 問2)
問題文
硫黄Sの化合物である硫化水素H2Sや二酸化硫黄SO2を、さまざまな物質と反応させることにより、人間生活に有用な物質が得られる。一方、H2SとSO2はともに火山ガスに含まれる有毒な気体であり、健康被害を及ぼす量のガスを吸い込むことがないように、大気中の濃度を求める必要がある。次の問いに答えよ。
窒素とH2Sからなる気体試料Aがある。気体試料Aに含まれるH2Sの量を次の式（2）〜（4）で表される反応を利用した酸化還元滴定によって求めたいと考え、後の実験を行った。
H2S → 2H＋＋S＋2e−・・・（2）
I2＋2e− → 2I−・・・（3）
2S2O32− → S4O62−＋2e−・・・（4）
実験 ある体積の気体試料Aに含まれていたH2Sを水に完全に溶かした水溶液に、0.127gのヨウ素I2（分子量254）を含むヨウ化カリウムKI水溶液を加えた。そこで生じた沈殿を取り除き、ろ液に5.00✕10−2mol／Lチオ硫酸ナトリウムNa2S2O3水溶液を4.80mL滴下したところで少量のデンプンの水溶液を加えた。そして、Na2S2O3水溶液を全量で5.00mL滴下したときに、水溶液の青色が消えて無色となった。
この実験で用いた気体試料Aに含まれていたH2Sは、0℃、1.013✕105Paにおいて何mLか。最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。ただし、気体定数はR＝8.31✕103Pa・L／（K・mol）とする。
窒素とH2Sからなる気体試料Aがある。気体試料Aに含まれるH2Sの量を次の式（2）〜（4）で表される反応を利用した酸化還元滴定によって求めたいと考え、後の実験を行った。
H2S → 2H＋＋S＋2e−・・・（2）
I2＋2e− → 2I−・・・（3）
2S2O32− → S4O62−＋2e−・・・（4）
実験 ある体積の気体試料Aに含まれていたH2Sを水に完全に溶かした水溶液に、0.127gのヨウ素I2（分子量254）を含むヨウ化カリウムKI水溶液を加えた。そこで生じた沈殿を取り除き、ろ液に5.00✕10−2mol／Lチオ硫酸ナトリウムNa2S2O3水溶液を4.80mL滴下したところで少量のデンプンの水溶液を加えた。そして、Na2S2O3水溶液を全量で5.00mL滴下したときに、水溶液の青色が消えて無色となった。
この実験で用いた気体試料Aに含まれていたH2Sは、0℃、1.013✕105Paにおいて何mLか。最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。ただし、気体定数はR＝8.31✕103Pa・L／（K・mol）とする。
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問題
共通テスト（理科）試験 令和5年度（2023年度）本試験 問130（化学（第5問） 問2） （訂正依頼・報告はこちら）
硫黄Sの化合物である硫化水素H2Sや二酸化硫黄SO2を、さまざまな物質と反応させることにより、人間生活に有用な物質が得られる。一方、H2SとSO2はともに火山ガスに含まれる有毒な気体であり、健康被害を及ぼす量のガスを吸い込むことがないように、大気中の濃度を求める必要がある。次の問いに答えよ。
窒素とH2Sからなる気体試料Aがある。気体試料Aに含まれるH2Sの量を次の式（2）〜（4）で表される反応を利用した酸化還元滴定によって求めたいと考え、後の実験を行った。
H2S → 2H＋＋S＋2e−・・・（2）
I2＋2e− → 2I−・・・（3）
2S2O32− → S4O62−＋2e−・・・（4）
実験 ある体積の気体試料Aに含まれていたH2Sを水に完全に溶かした水溶液に、0.127gのヨウ素I2（分子量254）を含むヨウ化カリウムKI水溶液を加えた。そこで生じた沈殿を取り除き、ろ液に5.00✕10−2mol／Lチオ硫酸ナトリウムNa2S2O3水溶液を4.80mL滴下したところで少量のデンプンの水溶液を加えた。そして、Na2S2O3水溶液を全量で5.00mL滴下したときに、水溶液の青色が消えて無色となった。
この実験で用いた気体試料Aに含まれていたH2Sは、0℃、1.013✕105Paにおいて何mLか。最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。ただし、気体定数はR＝8.31✕103Pa・L／（K・mol）とする。
窒素とH2Sからなる気体試料Aがある。気体試料Aに含まれるH2Sの量を次の式（2）〜（4）で表される反応を利用した酸化還元滴定によって求めたいと考え、後の実験を行った。
H2S → 2H＋＋S＋2e−・・・（2）
I2＋2e− → 2I−・・・（3）
2S2O32− → S4O62−＋2e−・・・（4）
実験 ある体積の気体試料Aに含まれていたH2Sを水に完全に溶かした水溶液に、0.127gのヨウ素I2（分子量254）を含むヨウ化カリウムKI水溶液を加えた。そこで生じた沈殿を取り除き、ろ液に5.00✕10−2mol／Lチオ硫酸ナトリウムNa2S2O3水溶液を4.80mL滴下したところで少量のデンプンの水溶液を加えた。そして、Na2S2O3水溶液を全量で5.00mL滴下したときに、水溶液の青色が消えて無色となった。
この実験で用いた気体試料Aに含まれていたH2Sは、0℃、1.013✕105Paにおいて何mLか。最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。ただし、気体定数はR＝8.31✕103Pa・L／（K・mol）とする。
- 2.80ml
- 5.60ml
- 8.40ml
- 10.0ml
- 11.2ml
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この過去問の解説 （2件）
01
この問題はヨウ素を用いた酸化還元滴定（ヨウ素滴定）の計算問題です。H2Sを直接滴定するのではなく、過剰なI2を加えてH2Sを酸化し、余ったI2をNa2S2O3で逆滴定するという手順を理解することがポイントです。
①各半反応式を組み合わせて反応式を導く
式(2)と式(3)を組み合わせると、H2SとI2の反応式が得られます。
(2)＋(3)より
H2S＋I2 → S↓＋2H+＋2I-
H2SとI2は1:1で反応します。
同様に式(3)と式(4)を組み合わせると、I2とNa2S2O3の反応式が得られます。
(3)＋(4)より
I2＋2S2O32- → 2I-＋S4O62-
I2とS2O32-（チオ硫酸イオン）は1:2で反応します。
②加えたI2の物質量を求める
I2の分子量は254なので
0.127g÷254＝5.00×10-4mol
③Na2S2O3と反応したI2の物質量を求める
滴下したNa2S2O3の物質量
5.00×10-2mol/L×5.00×10-3L＝2.50×10-4mol
I2とS2O32-は1:2で反応するので、Na2S2O3と反応したI2の物質量
2.50×10-4mol×1/2＝1.25×10-4mol
④H2Sと反応したI2の物質量を求める
加えたI2の総量からNa2S2O3と反応したI2を引くと、H2Sと反応したI2の物質量が得られます。
5.00×10-4mol－1.25×10-4mol＝3.75×10-4mol
⑤H2Sの体積を求める
H2SとI2は1:1で反応するので、H2Sの物質量は3.75×10-4mol。
0℃、1.013×105Paは標準状態なので、気体1molの体積は22.4L/mol。
3.75×10-4mol×22.4L/mol＝8.40×10-3L＝8.40mL
正解は8.40mLです。
この選択肢が正解です。
H2Sの直接滴定は、H2Sは気体で水溶液中の濃度が不安定であること、終点の検出が難しいことから難しいです。そのため過剰のI2を加えてH2Sを完全に酸化し余ったI2をNa2S2O3で逆滴定する方が精度が高くなります。デンプンはヨウ素デンプン反応で青紫色に呈色させ、終点をわかりやすくする役割があります。滴定の中でも難易度が高く、熟練したテクニックが必要です。
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02
I2の物質量は、
0.127g/254=5.00×10-4mol
式(3),(4)より
I2とS2O3-は1:2で反応するためNa2S2O3と反応するI2の物質量は、
5.00×10-4mol×5.0×10-3L×1/2=1.25×10-4mol
よってH2Sと反応したI2の物質量は3.75×10-4mol
式(2),(3)より
I2とHsSは1:1で反応するため気体試料Aに含まれているH2Sの体積は、
3.75×10-4mol×22.4L/mol=8.40mL
この選択肢が正解です。
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