この質問では、有機化合物Yの組成式を特定するために実験結果を用いて、Yがどのような化合物であるかを明らかにする必要があります。実験I～IVから得られる情報を元に組成式を導き、さらにYがどの化合物であるかを判断する方法を解説します。
実験Iの結果から組成式を求める
実験Iでは、Y 17.4mgを完全燃焼させ、水5.4mg、二酸化炭素26.4mgが生じたことがわかります。この結果をもとに、Yの組成を求めます。まず、水の質量から水素の質量を、二酸化炭素の質量から炭素の質量を計算します。
水（H₂O）の分子量は18.0なので、5.4mgの水から水素の質量は、(5.4mg × 2 × 1.0g) / 18.0g で計算できます。同様に、二酸化炭素（CO₂）の分子量は44.0なので、炭素の質量は(26.4mg × 12.0g) / 44.0g で求めます。これにより、Yの水素と炭素の質量比が得られます。
実験II: 炭酸水素ナトリウムとの反応
実験IIでは、Yに炭酸水素ナトリウム水溶液を加えると、気体が発生して溶けたという結果が得られています。この反応は、酸性の有機酸が炭酸水素ナトリウムと反応して二酸化炭素を発生させる典型的な反応です。これにより、Yが酸を含む化合物であることが示唆されます。
具体的には、有機酸（例えば乳酸やフタル酸など）がこの反応を示すことが多いため、Yは酸を含む有機化合物であると予測されます。
実験III: 臭素との反応
実験IIIでは、Yが臭素を含む溶液に加えられ、赤褐色が消えるという結果が得られました。これは、Yが二重結合を持っており、臭素と反応して脱色反応が起こったことを示しています。この反応は、アルケンなどの不飽和化合物が臭素と反応する際に一般的に見られる現象です。
これにより、Yが二重結合を持つ化合物であることが確認でき、フマル酸やマレイン酸など、二重結合を含む有機酸が候補に挙げられます。
実験IV: 分子内脱水反応
実験IVでは、Yを160℃で加熱すると、分子内脱水反応が進行し、五員環構造を持つ有機化合物が得られたことが示されています。これは、有機酸が脱水反応を経て環状構造を形成する典型的な反応です。特に、フマル酸やマレイン酸は、加熱により環状化合物を形成することが知られています。
この結果から、Yは五員環構造を持つ化合物であり、環状構造を形成する酸性化合物であることが示唆されます。
Yの組成式と最も適切な化合物の選定
これらの実験結果を総合すると、Yは炭素、水素、酸素を含み、酸性の性質を持つ有機化合物であると考えられます。また、二重結合を持ち、加熱により環状化合物を形成することから、フマル酸やマレイン酸が候補として挙げられます。実験結果に基づき、最も適切な化合物はマレイン酸（h）であると判断できます。
まとめ
実験IからIVまでの結果を基に、Yの組成式はC₄H₆O₄であり、最も適切な化合物はマレイン酸（h）であることが確認できました。これらの実験は、Yの化学的性質と反応を特定するために重要な手がかりを提供しています。
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