大学入学共通テスト（理科） 過去問
令和6年度（2024年度）本試験
問26 (化学基礎（第2問） 問1)
問題文
必要があれば、原子量は次の値を使うこと。
H 1.0 C 12 N 14 O 16 Ar 40
宇宙ステーションの空気制御システムに関する次の文章を読み、後の問いに答えよ。
宇宙ステーションで人が生活するには、宇宙ステーション内の空気に含まれる酸素O2と二酸化炭素CO2の濃度を適切に管理する空気制御システムが必要である。空気制御システムでは、次の式（1）に示すように、水H2Oの電気分解を利用してO2が供給される。また、補充するH2Oの量を削減するために、式（2）のサバティエ反応の利用が試みられている（図1）。この反応では、触媒を用いてCO2と水素H2からメタンCH4とH2Oを生成するため、人の呼気に含まれるCO2の酸素原子をH2Oとして回収できる。
式（1）の電気分解に関する記述として誤りを含むものはどれか。最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。
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問題
大学入学共通テスト（理科）試験 令和6年度（2024年度）本試験 問26（化学基礎（第2問） 問1） （訂正依頼・報告はこちら）
必要があれば、原子量は次の値を使うこと。
H 1.0 C 12 N 14 O 16 Ar 40
宇宙ステーションの空気制御システムに関する次の文章を読み、後の問いに答えよ。
宇宙ステーションで人が生活するには、宇宙ステーション内の空気に含まれる酸素O2と二酸化炭素CO2の濃度を適切に管理する空気制御システムが必要である。空気制御システムでは、次の式（1）に示すように、水H2Oの電気分解を利用してO2が供給される。また、補充するH2Oの量を削減するために、式（2）のサバティエ反応の利用が試みられている（図1）。この反応では、触媒を用いてCO2と水素H2からメタンCH4とH2Oを生成するため、人の呼気に含まれるCO2の酸素原子をH2Oとして回収できる。
式（1）の電気分解に関する記述として誤りを含むものはどれか。最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。
- 陽極側ではO2が発生する。
- 発生するO2は、水上置換法で捕集できる。
- 式（1）の反応は酸化還元反応である。
- 電気分解で発生するH2とO2の質量比は1：16となる。
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この過去問の解説 （1件）
01
電気分解について理解を深めましょう💡
【陽極の反応】
4OH- → O2 + 2H2O +4e-
【陰極の反応】
2H2O + 2e- → H2 +2OH-
反応式より、陽極側からO2が発生することがわかります。
したがって、正解です。
O2は水に溶けにくいため、水上置換法で集めることができます。
したがって、正解です。
陰極で電子を受け取っているため還元反応、陽極で電子を放出しているため酸化反応しています。
したがって、正解です。
式（1）より、H2は2分子、O2は1分子であることがわかります。つまり、分子数の比はH2 : O2 = 2 mol : 1 molです。
H2のモル質量は2 g/mol、O2のモル質量は32 g/molなので、質量比は以下のように求まります。
H2 : O2 = 2 mol × 2 g/mol : 1 mol × 32 g/mol = 4 g : 32 g = 1 : 8
したがって、不正解です。
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