水溶液の問題
ビーカーに質量パーセント濃度 10 % の食塩水が 400 g 入っている。次の操作を 2 回くり返した。
操作: ビーカーの食塩水をよくかき混ぜてから g 取り出して捨て、そのあとビーカーに水を g 加えてよくかき混ぜる。
2 回の操作のあと、ビーカーの食塩水の質量パーセント濃度は 6.4 % になった。 は何 g ですか。ただし、 は 0 より大きく 400 より小さい数とし、操作の途中で水の蒸発などによって質量が変わることはないものとする。
この問題で使うもの
- 質量パーセント濃度(説明と入口の問題)
- とり出して水を加える操作のくり返し(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(3 技能)
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ヒント
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ヒント 1
操作の前後で食塩水全体の質量は 400 g のまま変わらない。1 回の操作で食塩の質量が何倍になるかを考えよう。
ヒント 2
よくかき混ぜてから g 取り出すので、残る食塩は 倍になり、濃度も 倍になる。
ヒント 3
2 回の操作で となる。両辺を 10 でわって、平方根を考えよう。
答えと解説
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解説を読む
1 回の操作で濃度がどう変わるか
操作の前後で、食塩水の全体の質量はいつも 400 g である( g 捨てて g の水を加えるから)。
よくかき混ぜてから g 取り出すので、取り出した食塩水の濃度はビーカーの食塩水と同じである。したがって、400 g のうち g が残り、残った食塩水にふくまれる食塩の質量は、もとの食塩の質量の 倍になる。水を加えても食塩の質量は変わらず、全体の質量は 400 g にもどるので、濃度も 倍になる。
2 回くり返したときの式
2 回の操作で濃度は 倍になるので
より は正なので
確かめ
はじめの食塩は g。1 回目に 80 g(食塩 8 g)を捨てると食塩は 32 g、水を加えて 400 g、濃度 8 %。2 回目に 80 g(食塩 g)を捨てると食塩は 25.6 g、水を加えて 400 g なので、濃度は (%) となり、条件に合う。
答え: 80 g
別解
はじめの食塩の質量は g。1 回の操作で、よくかき混ぜた食塩水を g 取り出すと、残る食塩水は g で、食塩は元の 倍になる。そのあと水を g 加えると全体は 400 g にもどるので、濃度も 倍になる。
2 回の操作のあとの濃度は (%)。
よって 。 より なので 。
より 。
確かめ: 1 回目のあと濃度は %、2 回目のあと %。条件に合う。