室蘭工業大学 工学研究科 専門科目（化学生物工学・共創情報学A系） 2026年度 第1次募集 院試 過去問 解答例・解説（解説12項目）

原子番号・質量数・イオン電荷を別に読み、電子配置を組み立てる。燃焼熱は生成物の相を揃え、温度補正は反応前後の熱容量差を積分する。

元素の価電子と酸化状態、段階的な酸塩基平衡を対応させる。混合原子価は電荷中性、錯形成は配位前後のHと電荷の保存から読む。

混成、沸点、絶対配置、形式電荷を局所構造から判断する。共鳴では電子配置だけが変わり、原子やHの移動を含めないことを確認する。

アミノ酸・核酸・脂質の構造を、荷電と分子間相互作用へ結び付ける。相補RNAは塩基対だけでなく、反平行の鎖を5′から書き直す。

遺伝情報の流れと細胞周期を整理し、チェックポイントが検査する内容を説明する。固定化法は担体へ結び付ける方法と内部へ閉じ込める方法を分ける。

(1) 分離する成分と取出口

冷却器では目的物の$\ce{CH3Cl}$と$\ce{CH2Cl2}$を凝縮液として先に取り出す。その後のガスに含まれるHClを吸収塔で水へ移せば、液相の塩酸を回収できる。吸収塔から残るメタンはガスのまま再循環する。相変化と溶解という別の分離原理を、順序に対応させる。

流れを成分で整理し直すと次のようになる。装置名は各分離の役割を表し、丸数字は原題の流れの番号に対応している。塩酸をメタン循環の出口⑥へ割り当てると、HClを完全吸収する条件と矛盾する。

(2) 五成分の反応器収支

反応(a)はメタンを塩化メチルへ変え、反応(b)はその塩化メチルをさらに塩化メチレンへ変える。したがって中間体$\ce{CH3Cl}$は$x$だけ作られ、$y$だけ消費される。ここを$x+y$とすると逐次反応の向きを逆に数える。HClは両反応で生成するため$x+y$である。

この二つの反応では総モル流量も保存するが、それだけでは五成分の増減を決められないため、各成分の量論係数を使う。一方、C・H・Clの原子数は必ず保存する。たとえば炭素を含む三成分の正味生成量は$-x+(x-y)+y=0$である。Hでは$4(-x)+3(x-y)+2y+(x+y)=0$、Clでも$2(-x-y)+(x-y)+2y+(x+y)=0$となり、独立に三元素の収支を点検できる。

(3) 反応器入口の混合比

比が指定されている位置は、外部供給と循環ガスを合流させた後の反応器入口①である。モル流量の比を5:1にするので、同じ時間基準の流量同士で式を作れる。両辺の単位は$\mathrm{kmol\,h^{-1}}$で一致する。

後で得る入口流量600と120を入れれば$600=5\times120$となる。新規メタン100と新規塩素120の比は5:1ではなく5:6である。新規供給の混合点より上流へ、この反応器入口の条件をそのまま適用してはいけない。

(4) 塩素の単通転化率

100\%の転化率は未反応の塩素が反応器を出ないことを意味する。入口が正であることを使い、分母を払えば出口0が得られる。(2)の塩素収支へ代入すれば$x+y$が供給塩素に等しくなる。

これは塩素についての条件であり、メタンも100\%反応するとは限らない。むしろ入口にメタンを過剰に置くため、未反応メタンが残って循環される。塩素の転化率1を$F_{\mathrm{out}}(\ce{CH4})=0$へ読み替えると、循環流が存在するというプロセスの条件に合わなくなる。

(5) 出口生成物の比

4:1は出口に残った二つの生成物の比である。目的物は冷却器で全て除かれ、循環されないため、反応器入口には両者を含まない。したがって出口量は$\ce{CH3Cl}$が$x-y$、$\ce{CH2Cl2}$が$y$であり、比の条件は$x-y=4y$、すなわち$x=5y$となる。

$x=4y$と置くと、塩化メチルが第二反応でも消費されることを落とす。この誤った関係では出口生成物比は$(4y-y):y=3:1$となり、問題の条件を再現できない。反応進行量の比と、取り出される生成物の比を区別して確かめる。

(6) 生産速度の条件

凝縮器で二成分を完全回収するため、その合計出口量が生産速度になる。入口に両成分を含まないことから、この和は$(x-y)+y=x$である。したがって$x=100$、(5)の$x=5y$から$y=20$を得る。各製品は80と20であり、合計100、比4:1をともに満たす。

100を二成分の質量の和と解釈すると、分子量が異なるので別の式になる。本問は物質量流量が基準である。また塩素消費速度は$x+y=120$で、製品の総モル数100より多い。一部のメタン分子が二回塩素化されることを考えれば、この差20の意味も説明できる。

(7) メタンの再循環流量

冷却器では目的物だけ、吸収塔ではHClだけを除くモデルなので、反応器から出たメタンの全量が合流点へ戻る。出口の全ガス量を循環量にしてはいけない。反応器出口にはメタン500のほか、HCl120と製品80、20も含まれ、それらは循環までに分離される。

反応器でのメタン単通転化率は$100/600=1/6$である。低い単通転化でも、未反応物を損失なく戻せば新規原料を有効利用できる。500を外部へ失う量と解釈すると、全体の炭素収支が閉じないことでも誤りを確認できる。

(8) 新規原料の供給量

装置全体を一つの境界で囲めば、内部の循環流は出入りの計数から消える。総括の物質量関係は $$100\ce{CH4}+120\ce{Cl2} \longrightarrow80\ce{CH3Cl}+20\ce{CH2Cl2}+120\ce{HCl}$$ である。Cは$100=80+20$、Hは$400=240+40+120$、Clは$240=80+40+120$となり、三元素とも保存する。

反応器入口の600を新規供給量にすると、製品側の炭素は100しかなく、500の行方を説明できない。反応器だけの境界と全設備の境界を描き分けることが、循環を含む収支の二つ目の解法になる。水の吸収量は塩酸濃度が指定されていないため、HClの回収量120から塩酸溶液そのもののモル流量まで決めない。

加熱と融解を別の経路に分けてエンタルピー・エントロピーを足す。速度則は積分式、理想気液平衡はRaoult則とDalton則を組み合わせる。

ヨウ素滴定は酸化還元半反応と電子数を揃えて定量する。Mn生成物はpHの条件を区別し、確定できる後続の滴定式を保持する。光吸収はバンドギャップへ結び付ける。

試薬を順番に適用し、炭素骨格と官能基の変化を追う。付加のsyn/antiと環状E2の反平行条件を区別し、関与しない不斉中心を保つ。

酵素の反応分類と代謝経路を具体的な基質変換へ対応させる。窒素同化では受容体と生成物、小器官では構造と担う反応を取り違えない。

lacオペロンは誘導物質とカタボライト抑制を分けて読む。微生物利用や水質指標は、何を測り何を変換するかを定義から確認する。

流体輸送、連続反応、ガス吸収ごとに収支の境界を定める。総括抵抗を加えるときは、液相と気相の駆動力を同じ基準へ換算する。