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113 (化学（第5問） 問3)

必要があれば、原子量は次の値を使うこと。
H 1.0　 Li 6.9 　C 12 　N 14　O 16 　S 32 　Cl 35.5 　Mn 55　Ni 59 　

Cu 64 　Zn 65 　Ag 108
気体は、実在気体とことわりがない限り、理想気体として扱うものとする。

質量分析法に関する次の文章を読み、後の問いに答えよ。

質量分析法では、（a）きわめて微量な成分を分析することができる。この方法では、真空中で原子や分子をイオン化した後、電気や磁気の力を利用して（b）イオンを質量ごとに分離し、これを検出することで、イオン化した原子や分子の個数を知ることができる。

イオンの質量（¹²C原子の質量を12とした「相対質量」）に対して、検出したそのイオンの個数（またはその最大値を100とした相対値で表した「相対強度」）をグラフにしたものを質量スペクトルという。

図2は、メタンCH₄を例としたイオン化の模式図である。外部から大きなエネルギーを与えると、CH₄から電子が放出され、CH₄^＋が生成する。与えられるエネルギーがさらに大きいと、CH₄^＋の結合が切断されたCH₃^＋やCH₂^＋などが生成することもある。
CH₄をあるエネルギーでイオン化したときの質量スペクトルを図3に、相対質量12～17のイオンの相対強度を表1に示す。相対質量が17のイオンは、天然に1％存在する¹³CH₄に由来する¹³CH₄^＋である。CH₄^＋のような、電子を放出しただけのイオンを「分子イオン」、CH₃^＋やCH₂^＋のような結合が切断されたイオンを「断片イオン」とよぶ。

塩素Clには2種の同位体³⁵Clと³⁷Clがあり、それらは天然におよそ3：1の割合で存在する。図3と同じエネルギーでクロロメタンCH₃Clをイオン化した場合の、相対質量が50付近の質量スペクトルはどれか。最も適当なものを、次の選択肢のうちから一つ選べ。ただし、³⁵Clと³⁷Clの相対質量は、それぞれ35、37とする。