化学分野の用語と知識の問題
60℃の水 100 g に硝酸カリウムを溶けるだけ溶かしました。その水溶液をゆっくり 20℃まで冷やしたところ、水溶液の中に硝酸カリウムの結晶が出てきました。冷やす間に水は蒸発しなかったものとします。結晶が出てきたあとの 20℃の水溶液(結晶を除いた液の部分)について述べたものとして最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。
- ア 水溶液中に溶けている硝酸カリウムの質量は、冷やす前と変わらない。
- イ 水溶液の質量パーセント濃度は、冷やす前より大きくなっている。
- ウ 水溶液は、20℃の硝酸カリウムの飽和水溶液になっている。
- エ 出てきた結晶は、溶媒である水がこおってできたものである。
この問題で使うもの
- 水溶液の性質と再結晶(説明と入口の問題)
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
溶解度と温度の関係、および飽和水溶液の意味を思い出しましょう。
ヒント 2
硝酸カリウムは温度が下がると溶解度が小さくなります。溶けきれなくなった分が結晶として出てきます。結晶が出てきたあとの液に、溶質がどれだけ溶けているかを考えましょう。
ヒント 3
溶けている溶質の質量は減り、溶媒の水の質量は変わりません。このことから、アとイは誤りだとわかります。また、20℃では水はこおらないので、エも誤りです。
答えと解説
答えを見る
ウ
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解説を読む
硝酸カリウムは、水の温度が下がると溶解度(100 g の水に溶ける物質の最大の質量)が小さくなる物質です。60℃で溶けるだけ溶かした水溶液を 20℃まで冷やすと、20℃の溶解度をこえた分の硝酸カリウムが溶けきれなくなり、結晶として出てきます。このように、固体の物質をいったん水に溶かし、温度を下げるなどして再び結晶としてとり出すことを再結晶といいます。
結晶が出てきたあとの液には、20℃で溶けることのできる最大の量の硝酸カリウムが溶けています。つまり、この液は 20℃の硝酸カリウムの飽和水溶液です。よってウが正しいです。
- ア:誤り。溶けきれなくなった分が結晶として出てきたので、液の中に溶けている硝酸カリウム(溶質)の質量は、冷やす前より減っています。
- イ:誤り。水(溶媒)の質量は変わらず、溶けている溶質の質量が減ったので、質量パーセント濃度は冷やす前より小さくなっています。
- エ:誤り。20℃では水はこおりません。出てきた結晶は、溶質である硝酸カリウムが溶けきれなくなって出てきたものです。この水溶液では、溶質は硝酸カリウム、溶媒は水です。
別解
60℃で溶けるだけ溶かした水溶液(飽和水溶液)を20℃まで冷やすと、硝酸カリウムの溶解度が下がるため、溶けきれなくなった分が結晶として出てくる。結晶が出たあとの液は、20℃でそれ以上溶けられない状態になっている。
ア:結晶が出た分だけ溶けている質量は減るので誤り。
イ:溶けている硝酸カリウムが減り、水の量は変わらないので質量パーセント濃度は小さくなる。誤り。
ウ:結晶が共存している液は、20℃で溶けるだけ溶けた飽和水溶液になっている。正しい。
エ:結晶は溶質の硝酸カリウムが固体になったもので、水が凍ったものではない。誤り。
よって答えはウ。