溶液の性質(知識)の問題
不揮発性の非電解質を溶かした希薄水溶液を、よくかき混ぜながら一定の割合で冷却し、温度を時間とともに測定した。温度は凝固点より低くなったところで急に上がり、その後は凝固が進むにつれて、温度が一定にならずに少しずつ下がり続けた。
凝固が始まった後に温度が少しずつ下がり続けた理由として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。
- ア 凝固が進むと、溶質も溶媒といっしょに凝固するため、残った溶液の濃度が小さくなるから。
- イ 凝固が進むと、凝固のときに熱を吸収するため、溶液の温度が下がるから。
- ウ 凝固が進むと、溶媒だけが凝固するため、残った溶液の濃度が大きくなり、凝固点がさらに下がるから。
- エ 凝固が始まった後も、過冷却の状態が続いているから。
- オ 凝固が進むと、溶媒だけが凝固するため、残った溶液の濃度が小さくなり、凝固点降下度が大きくなるから。
この問題で使うもの
- 凝固点降下と冷却曲線・過冷却(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(29 技能)
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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
溶液の冷却曲線で、純溶媒の冷却曲線と形が違う部分の理由を考えよう。
ヒント 2
溶液が凝固するとき、凝固するのは溶媒と溶質のどちらか。凝固点降下度は質量モル濃度に比例する。
ヒント 3
凝固のときの熱の出入り(凝固熱は放出される)と、過冷却がいつ解消されるかを考えると、イとエは除ける。
答えと解説
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ウ
どこでつまずきましたか?(選ぶと、戻る場所を案内します)
解説を読む
正解: ウ
希薄溶液を冷却すると、凝固点に達しても凝固がすぐには始まらず、凝固点より低い温度まで液体のまま冷える(過冷却)。凝固が始まると凝固熱が放出されるので温度が急に上がる。
溶液が凝固するとき、ふつうは溶媒(水)だけが凝固し、溶質は残りの溶液に残る。そのため凝固が進むにつれて残った溶液の濃度(質量モル濃度)が大きくなり、凝固点降下度が大きくなる。つまり凝固点がしだいに下がっていくので、純溶媒のように温度が一定にならず、少しずつ下がり続ける。
- ア 誤り。凝固するのは溶媒だけで、溶質は凝固せず溶液に残る。そのため濃度は小さくならず大きくなる。
- イ 誤り。液体が凝固するときは熱を吸収するのではなく、凝固熱を放出する。
- ウ 正しい。
- エ 誤り。過冷却は凝固が始まる前の状態で、凝固が始まると凝固熱の放出によって温度が上がり、過冷却の状態は解消される。
- オ 誤り。溶媒だけが凝固するので、残った溶液の濃度は小さくなるのではなく大きくなる。凝固点降下度は濃度に比例するので、濃度が小さくなれば凝固点降下度も小さくなり、記述の前後も合わない。
別解
溶液を冷却すると、純溶媒の凝固点より低い温度で溶媒だけが凝固し始める。溶媒が氷として析出すると、残った溶液の溶媒が減って質量モル濃度が大きくなる。凝固点降下度は質量モル濃度に比例するので、溶液の凝固点はさらに低くなり、温度が少しずつ下がり続ける。
ア:溶質は凝固せず溶媒だけが凝固する(非電解質の希薄溶液)ので誤り。濃度も大きくなる。
イ:凝固は発熱であり、吸熱ではないので誤り。
ウ:正しい。
エ:過冷却は凝固が始まると解消されるので誤り。
オ:溶媒だけが凝固すると濃度は大きくなるので誤り。
よってウ。