物理化学III试验问题2014年2月4日桥本全3枚问题10100.PDFVIP

物理化学III 試験問題 2014 年2 月4 日 (橋本) (全3 枚) 問題1 0.100 M NH Cl と0.100 M NH を含む緩衝液の25℃におけるpH を求めよ。 4 3 またこの緩衝液1.00 L に対して、10.0 M のHCl を1 mL 加えたときのpH 変化を求め、緩 衝作用のない場合と比較せよ。ただし、HCl を加えることによる体積変化は無視できるも のとする。 25℃におけるアンモニアの塩基解離定数 はKb = 1.80 ×10-5 M である。 （配点15 点） 問題2 四塩化炭素CCl4 (分子量 154) と四塩化スズSnCl4 (分子量 261) の混合溶液は理想溶液とみ なすことができる。 (1) 20 ℃でCCl4 とSnCl4 を10 g づつ混合した溶液の蒸気圧および蒸気中のCCl4 のモル分 率を求めよ。ただし20℃のおける純物質の蒸気圧はそれぞれ、90 Torr と19 Torr である。 (2) 0 ℃で1.0 mol のCCl4 と2.0 mol のSnCl4 の混合系にさらに1.0 mol のCCl4 を加えた ときのエントロピー変化S、およびギブス自由エネルギー変化G を求めよ。 （配点20 点） 問題3 グルコース酸化分解反応は、次式で表すことが出来る。 C H O + 38 ADP + 6O + 38 H PO - → 6 CO + 38 ATP + 40 H O 6 12 6 2 2 4 2 2 ( ΔrG〇’ = －1.7 kJ/mol) 298 - 生理的条件下で[ATP]/[ADP] = 10、[H PO ] = 10 M、[C H O ]= 10 mM である時、25 ℃ 2 4 6 12 6 での生理的ΔrG を計算せよ。また反応が自発的に進行するか答えよ。ただし、O やCO 298 2 2 は標準状態とする。 （配点15 点） 問題4 化学浸透説では、微生物細胞質と細胞外環境の pH 差（ΔpH = pH －pH ）、ならびに膜の out in 両側でのクーロン相互作用の差から生じる膜電位差（Δ =  － ）が駆動力となりADP out in のリン酸化によりATP が生成する。今、好アルカリ微生物において、細胞内外のpH がそれ ぞれ7.0、10.0 である場合を考える。リン酸化には31 kJ/mol 必要であり、温度は27 C、 pH 差は一定であるとするとATP 合成には、何V の膜電位が必要か熱力学的観点から求めよ。 （配点 15 点） 問題5 白金電極を1M K2SO4 水溶液中（25℃）に挿入し、標準水素電極（NHE）を参照電極に 用い、溶液は撹拌せずに電極電位を非常にゆっくりと変化させて、電流-電位曲線を測定し た。白金は化学的に安定でそれ自身は反応しないが、電位を正方向に変化させると水の酸 化による酸素発生が起こり、負方向に変化させると水の還元による水素発生が起こる。 (1) 水素発生および酸素発生反応について電極反応式を書け。 (2) 上の(1)の各反応に対する平衡電極電位のpH 依存性を求めよ。 (3) 白金は水素発生に対しては高い触媒活性を示すが、酸素発生に対する触媒活性は高くな い。pH 7 の1M K2SO4 水溶液中でどのような電流-電位曲線が観測されるか。およそ-1.0 V から+1.5 V vs.