溶液の性質（知識）の問題
少量の塩化ナトリウム が混じった硝酸カリウム から、純粋な硝酸カリウムを得たい。水に対する硝酸カリウムの溶解度は温度が高いほど大きく、温度による変化が大きい。一方、塩化ナトリウムの溶解度は温度によってほとんど変化しない。この精製と溶解度について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。ただし、水の蒸発は無視でき、2 つの物質は互いの溶解度に影響しないものとする。
- ア 混合物を高温の水に溶かした溶液を冷却したとき、析出する結晶には、硝酸カリウムと塩化ナトリウムがもとの混合物と同じ割合で含まれる。
- イ 冷却して硝酸カリウムの結晶が析出したあと、結晶をろ過して除いたろ液は、硝酸カリウムについて不飽和溶液になっている。
- ウ 硝酸カリウムを溶かせるだけ溶かした飽和溶液を、さらに加熱すると、硝酸カリウムの結晶が析出する。
- エ 少量の硝酸カリウムが混じった塩化ナトリウムから純粋な塩化ナトリウムを得るときも、高温の飽和溶液を冷却する方法で塩化ナトリウムの結晶を多く得ることができる。
- オ 混合物を高温の水に溶かした溶液を冷却すると、溶解度が大きく減少する硝酸カリウムが主に結晶として析出し、少量の塩化ナトリウムはほとんど溶液中に残る。
この問題で使うもの
- 固体の溶解度と再結晶（説明と入口の問題）
- 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
再結晶では、温度による溶解度の変化の大きさの違いを利用します。冷却したときに、溶解度をこえた分だけが結晶として析出することを思い出しましょう。
ヒント 2
結晶が析出している溶液は飽和溶液です。また、溶解度が温度によってほとんど変わらない物質は、冷却してもほとんど析出しません。
ヒント 3
ア・イは「析出する量」と「析出したあとの溶液の状態」から誤りとわかります。ウとエは、溶解度が温度によってどう変わるかを当てはめて判断しましょう。
答えと解説
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オ
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解説を読む
オ（正しい）: 温度による溶解度の差を利用して、固体の物質を精製する操作を再結晶という。高温で溶かした溶液を冷却すると、硝酸カリウムは溶解度が大きく減少するため、溶けきれなくなった分が結晶として析出する。一方、少量の塩化ナトリウムは、溶解度が温度によってほとんど変わらないので、冷却しても飽和に達せず、溶液中に残る。こうして純粋な硝酸カリウムの結晶が得られる。
ア（誤り）: 冷却によって析出するのは、溶解度をこえた分の物質だけである。少量の塩化ナトリウムは溶解度をこえないので析出せず、結晶は主に硝酸カリウムになる。もとの混合物と同じ割合になるわけではない（同じ割合になるなら再結晶で精製できない）。
イ（誤り）: 結晶が析出しているとき、溶液は結晶と溶解平衡にある飽和溶液である。結晶をろ過して除いても、ろ液はその温度での硝酸カリウムの飽和溶液であり、不飽和溶液ではない。
ウ（誤り）: 硝酸カリウムは温度が高いほど溶解度が大きいので、飽和溶液を加熱すると、さらに溶かすことのできる不飽和溶液になる。結晶は析出しない。結晶が析出するのは冷却したときである。
エ（誤り）: 塩化ナトリウムは溶解度が温度によってほとんど変化しないので、高温の飽和溶液を冷却しても、析出する塩化ナトリウムの結晶はごくわずかである。塩化ナトリウムの結晶を得るには、冷却ではなく、水を蒸発させる方法が適している。
別解
再結晶の原理を確かめる。
ア: 析出するのは溶解度が大きく減少する KNO3 が中心で、NaCl はほとんど析出しない。もとの混合物と同じ割合にはならない。誤り。
イ: 結晶が析出しているろ液は、その温度で KNO3 について飽和溶液になっている。不飽和ではない。誤り。
ウ: KNO3 の溶解度は温度が高いほど大きいので、加熱すると溶解度が増えてさらに溶けるようになる。結晶は析出しない。誤り。
エ: NaCl の溶解度は温度によってほとんど変わらないので、冷却しても NaCl の結晶はほとんど得られない（蒸発させる方法をとる）。誤り。
オ: 冷却すると溶解度が大きく減少する KNO3 が主に結晶として析出し、少量の NaCl は溶解度以下の量なので溶液中に残る。正しい。
よってオ。