水溶液の問題
物質 Q が水 に溶ける最大の質量は、 で 、 で である。 の Q の飽和水溶液をある質量だけビーカーにとった。この水溶液を加熱して水だけを 蒸発させたあと、出てきた結晶を取り出さずにそのまま まで冷やした。これをろ過して、出てきた Q の結晶の質量をはかると、合計で であった。はじめにビーカーにとった の飽和水溶液は何 g ですか。ただし、Q の結晶は水を含まず(Q だけでできている)、加熱しても Q は蒸発・変化しないものとする。また、ろ紙や器具に残る水溶液は考えないものとする。
この問題で使うもの
- 溶解度と飽和水溶液(説明と入口の問題)
- 水を蒸発させて出てくる結晶の質量(説明と入口の問題)
- 冷やして出てくる結晶の質量(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(4 技能)
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ヒント
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ヒント 1
はじめの飽和水溶液にふくまれる水の質量を として、溶けている Q の質量を で表してみよう。
ヒント 2
Q の全体の質量は最後まで変わらない。出てくる結晶の質量は「Q の全体の質量」-「 で水 に溶けていられる Q の質量」で求められる。
ヒント 3
Q の全体は 、 で溶けていられる Q は なので、 を解けばよい。
答えと解説
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解説を読む
はじめの飽和水溶液にふくまれる水の質量を とする。
では水 に Q が まで溶けるので、飽和水溶液では溶けている Q の質量は水の質量に比例し、
である。
水を 蒸発させると、水は になる。Q は蒸発しないので、Q の全体の質量は のまま変わらない(途中で出た結晶も取り出していないので、ビーカーの中の Q の合計は変わらない)。
では水 に Q が まで溶けるので、水 に溶けていられる Q は
である。溶けきれない分が結晶として出てくるので、
両辺を 倍して
よって、はじめの水溶液は水 、Q は で、質量は
(確かめ)水を 蒸発させると水は 。 で溶けていられる Q は なので、結晶は となり、条件に合う。
答え:
別解
はじめにとった水溶液中の水を g とする。 の飽和水溶液では、水 100 g に Q が 120 g 溶けているので、Q は g である。
水を 40 g 蒸発させると、水は g になる。これを まで冷やすと、水 100 g あたり Q は 30 g まで溶けるので、溶けたままでいられる Q は g である。
出てきた結晶の合計は、もとの Q から溶け残る Q を引いた量なので
これが 84 g なので
はじめの水溶液の質量は、水 80 g と Q g の合計で g である。
検算: 水 80 g、Q 96 g から水 40 g を蒸発させると、水は 40 g になる。 で水 40 g に溶ける Q は g である。結晶は g となり、問題文と一致する。