ろ過・蒸留・分留・再結晶・抽出・昇華法・クロマトグラフィーについて、操作の内容と利用している性質の違いから、適する方法を選べる
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混合物から目的の物質を取り出す操作を分離、取り出した物質から不純物を除いて純度を高める操作を精製といいます。この技能では、ろ過・蒸留・分留・再結晶・抽出・昇華法・クロマトグラフィーの 7 つの方法について、何をする操作か、成分のどんな性質の違いを利用しているかを整理します。そのうえで、与えられた混合物を分けるのにどの方法が適しているかを選べるようになります。
混合物は複数の純物質が混じり合ったものですが、それぞれの成分は性質（沸点、溶けやすさ、粒の大きさ、昇華しやすさなど）が違います。分離の方法は、どれも「ある性質について、目的の成分とほかの成分の差がはっきりしているところ」を利用して、一方だけを別の場所（ろ紙の上、別の容器、別の溶媒、冷えた面など）へ移す操作です。だから、方法を選ぶときは「何と何を分けたいか」「その 2 つはどの性質が大きく違うか」を考えれば決まります。
7 つの方法と利用する性質は次のとおりです。
- ろ過：液体とその液体に溶けない固体を、ろ紙で分ける（粒の大きさの違い。溶けている物質はろ紙を通り抜ける）。例: 砂の混じった水から砂を除く。
- 蒸留：溶液を加熱して出てきた蒸気を冷やし、液体として取り出す（沸点の違い）。例: 海水から純粋な水を得る。
- 分留（分別蒸留）：沸点の異なる液体どうしの混合物を蒸留し、沸点の低い順に分けて取り出す。例: 石油からガソリン・灯油などを得る、液体空気から窒素と酸素を分ける。
- 再結晶：温度による溶解度の差を利用し、高温で溶かした溶液を冷やして目的の物質だけを結晶として出す（少量の不純物は溶けたまま残る）。例: 少量の塩化ナトリウムを含む硝酸カリウムの精製。
- 抽出：目的の物質がよく溶ける溶媒を加えて、その物質だけを溶かし出す（溶媒への溶けやすさの違い）。例: ヨウ素を含む水溶液にヘキサンを加えてヨウ素を移す、茶葉を湯に浸して成分を溶かし出す。
- 昇華法：固体を加熱して直接気体にし、冷やして再び固体として取り出す（昇華しやすさの違い）。例: ヨウ素と砂の混合物からヨウ素を取り出す。
- クロマトグラフィー：ろ紙などに混合物をつけて溶媒をしみこませ、成分ごとの移動する速さの違い（ろ紙などへの吸着されやすさの違い）で分ける。例: 水性ペンのインクに含まれる色素を分ける。
このうち蒸留・分留はどちらも沸点の差を使いますが、蒸留は主に「溶液から溶媒を取り出す（揮発しない物質と分ける）」、分留は「沸点の違う液体どうしを何段階にも分ける」ときに使います。
分けたいものが何と何かを確かめ、それぞれが固体・液体・気体のどれか、また溶けているか溶けていないかを整理する。
2 つの成分で大きく違う性質を探す：溶けない固体と液体 → 粒の大きさ（ろ過）、沸点 → 蒸留・分留、温度による溶解度 → 再結晶、ある溶媒への溶けやすさ → 抽出、昇華しやすさ → 昇華法、吸着されやすさ → クロマトグラフィー。
沸点の差を使う場合は、溶液から溶媒（液体）を取り出すなら蒸留、液体どうしの混合物を沸点の順に分けるなら分留を選ぶ。
選んだ方法の操作が、その混合物で本当に成り立つかを確かめる（例：ろ過では溶けている物質は分けられない、昇華法は昇華する物質があるときだけ使える）。
液体空気を窒素と酸素に分ける方法として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
ア ろ過
イ 再結晶
ウ 分留
エ 昇華法
【手順 1】分けたいのは、液体になった窒素と液体になった酸素で、どちらも液体どうしの混合物である。
【手順 2】窒素と酸素は沸点が異なるので、沸点の差が使える。溶けない固体はないのでろ過（ア）は使えず、固体の溶解度や昇華を使う再結晶（イ）・昇華法（エ）も当てはまらない。
【手順 3】沸点の異なる液体どうしの混合物を、沸点の低いものから順に取り出すので分留を選ぶ。液体空気の温度をゆっくり上げると、沸点の低い窒素が先に気体になって出ていき、酸素が後に残る。
【手順 4】分留は液体の混合物で成り立つ操作なので、ウが適当。
答え: ウ
溶けている物質をろ過で分けられるとしてしまう誤り（食塩水をろ過すれば食塩が取り出せるとする）。正しくは溶けている塩化ナトリウムはろ紙を通り抜けるので、水を取り出すなら蒸留、食塩を得るなら水を蒸発させる。
蒸留と分留の使い分けを取り違える誤り（石油からガソリンや灯油を分ける方法を再結晶や単なる蒸留とする）。正しくは沸点の異なる液体どうしを沸点の順に分けるので分留。
抽出と再結晶を混同してしまう誤り（ヨウ素水溶液にヘキサンを加えてヨウ素を移す操作を再結晶とする）。正しくはこれは溶媒への溶けやすさの違いを使って別の溶媒に溶かし出す操作で、抽出。再結晶は温度による溶解度の差で結晶を出す操作。
昇華しない物質に昇華法を使えるとしてしまう誤り（塩化ナトリウムと砂を昇華法で分けるとする）。正しくは昇華法は一方が昇華しやすいとき（ヨウ素・ナフタレンなど）に使う。塩化ナトリウムと砂なら、水に溶かしてろ過し、ろ液の水を蒸発させる。
この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。
次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして正しいものを、下のア〜カから 1 つ選べ。
砂が混じったヨウ素を穏やかに加熱すると、ヨウ素だけが固体から直接気体になる。この気体を冷たい面に触れさせると再び固体のヨウ素が得られ、砂と分けることができる。このような分離の方法を（ a ）という。また、原油のように何種類もの液体が混じり合った混合物を加熱して蒸留し、沸点の違いを利用して、沸点の範囲の異なる複数の成分に分ける方法を（ b ）という。
| a | b | |
|---|---|---|
| ア | 昇華法 | ろ過 |
| イ | 再結晶 | 分留 |
| ウ | 抽出 | 分留 |
| エ | 昇華法 | 分留 |
| オ | 再結晶 | ろ過 |
| カ | 抽出 | ろ過 |
物質の分類と分離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。
混合物から物質を分離・精製する操作について述べた文として正しいものを、次のア〜オからすべて選べ。