質量パーセント濃度が の食塩水が あります。この食塩水に水を加えて、質量パーセント濃度が の食塩水にします。加える水の質量は何 g ですか。
水溶液をうすめる・こくする
水を加える・水を蒸発させる・溶質を加えるときに、変わらない量(溶質の質量や水の質量)に注目して、加える水・蒸発させる水・加える溶質の質量や変化後の濃度を求められる
前提
- 質量パーセント濃度 (中学理科 水溶液)
説明
水溶液に水を加えてうすめたり、水を蒸発させてこくしたり、溶質をさらにとかしたりすると、質量パーセント濃度が変わります。この技能を使うと、「何 g の水を加えれば○%になるか」「何 g の水を蒸発させればよいか」「変化後の濃度は何%か」を求められます。食塩水や砂糖水の濃度を調整する問題や、実験で決まった濃度の水溶液をつくる場面で使います。
なぜそうしてよいのか
質量パーセント濃度は で決まります。水を加えたり蒸発させたりしても、とけている溶質は増えも減りもしません(水を蒸発させるときは、溶質が結晶として出てこない範囲で考えます)。変わるのは溶液の質量だけです。そこで、まず変化の前の溶液から溶質の質量を求め、その溶質の質量が変化後も同じであることを使えば、変化後の溶液の質量や濃度がわかります。
たとえば溶質が 20 g の水溶液を 4% にしたいなら、「溶液の質量 × = 20 g」となる溶液の質量を求めればよく、溶液は 500 g と決まります。もとの溶液の質量との差が、加える水(または蒸発させる水)の質量です。
一方、溶質を加えるときは溶質の質量が変わりますが、今度は水(溶媒)の質量が変わりません。どの量が変わらないかを見きわめ、その量を手がかりに式を立てるのがこの技能の考え方です。
手順
もとの水溶液の溶質の質量を求める: (必要なら 水の質量 溶液の質量 溶質の質量 も求める)。
操作(水を加える・水を蒸発させる・溶質を加える)で変わらない量を決める。水を加える・蒸発させるときは溶質の質量、溶質を加えるときは水の質量が変わらない。
変化後の溶液の質量を、加える(蒸発させる)量を使って表す。例: 水を g 加えると溶液は(もとの質量 )g。
変化後の濃度の式 を立て、求めたい量を計算する。
求めた溶液の質量ともとの溶液の質量の差などから、答えを確かめる。
例題
質量パーセント濃度が 10% の食塩水 200 g に水を加えて、質量パーセント濃度が 4% の食塩水にしたい。加える水は何 g ですか。
例題の解答
手順1: もとの食塩水にとけている食塩の質量は (g)。
手順2: 水を加えても食塩の質量は変わらないので、うすめた後も食塩は 20 g。
手順3: 加える水を g とすると、うすめた後の食塩水の質量は g。
手順4: うすめた後の濃度が 4% なので
よって 、、。
手順5: 確かめ: 食塩水は 500 g、食塩は 20 g なので (%) で正しい。
したがって、加える水は 300 g。
答え:
よくある誤り
濃度の比 をそのままもとの食塩水の質量 200 g にかけて、 g を加える水としてしまう誤り。正しくは、溶質 20 g が変わらないので、うすめた後の溶液は g、加える水は g。
変化後の溶液の質量を求めて、それをそのまま加える水の質量と答えてしまう誤り(例: 500 g と答える)。正しくは、求めた 500 g はうすめた後の溶液全体の質量なので、加える水は g。
溶質を加えるときに、溶質の質量だけ増やして溶液の質量を増やし忘れる誤り(例: 10% の食塩水 180 g に食塩 20 g を加えた濃度を とする)。正しくは溶液も 20 g 増えるので (%)。
濃度の式で分母を水の質量にしてしまう誤り(例: 水 180 g に食塩 20 g をとかしたときに とする)。正しくは分母は溶質と水を合わせた溶液の質量で、 (%)。
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。
入口の問題
この技能を使う問題
質量パーセント濃度 15 % の砂糖水が 200 g ある。この砂糖水に水を加えて、質量パーセント濃度 6 % の砂糖水にしたい。加える水は何 g ですか。ただし、水を加えても砂糖の質量は変わらないものとする。
質量パーセント濃度 の食塩水が ある。この食塩水を加熱して水だけを蒸発させ、質量パーセント濃度 の食塩水にしたい。蒸発させる水は何 g ですか。ただし、加熱しても食塩は出てこず、食塩の質量は変わらないものとする。
質量パーセント濃度 12 % の食塩水 150 g に、水 90 g を加えてよくかき混ぜた。できた食塩水の質量パーセント濃度は何 % ですか。ただし、水を加えても食塩の質量は変わらないものとする。
質量パーセント濃度 5 % の食塩水 180 g に、食塩 20 g を加えてよくかき混ぜたところ、食塩はすべて溶けた。できた食塩水の質量パーセント濃度は何 % ですか。
質量パーセント濃度 の食塩水が ある。この食塩水に食塩を加えてすべて溶かし、質量パーセント濃度 の食塩水にしたい。加える食塩は何 g ですか。ただし、加えた食塩はすべて溶け、水は蒸発しないものとする。
質量パーセント濃度 10 % の食塩水が 240 g ある。この食塩水に食塩を加えてすべて溶かし、質量パーセント濃度 20 % の食塩水にしたい。加える食塩は何 g ですか。ただし、加えた食塩はすべて溶け、水の質量は変わらないものとする。
質量パーセント濃度 の食塩水 A と、質量パーセント濃度 の食塩水 B がある。A と B をあわせて になるようにはかりとり、よく混ぜ合わせた。さらに、この食塩水に水を 加えてよくかき混ぜたところ、質量パーセント濃度 の食塩水になった。はかりとった食塩水 A は何 g ですか。ただし、混ぜ合わせたり水を加えたりしても、食塩の質量は変わらないものとする。
濃度のわからない食塩水が ある。この食塩水をよくかき混ぜてから を蒸発皿にとり、加熱して水を完全に蒸発させたところ、食塩が 残った。次に、残りの食塩水 に水を加えてよくかき混ぜ、質量パーセント濃度 の食塩水にしたい。加える水は何 g ですか。ただし、食塩水はどの部分も濃度が同じであり、加熱によって食塩は失われず、水を加えても食塩はすべて溶けたままであるものとする。
硫酸銅の結晶(青色の結晶)は、硫酸銅と水が結びついてできている。硫酸銅の結晶 には、硫酸銅 と水 がふくまれている。
質量パーセント濃度 の硫酸銅水溶液が ある。この水溶液に硫酸銅の結晶を加えてすべて溶かし、質量パーセント濃度 の硫酸銅水溶液にしたい。加える硫酸銅の結晶は何 g ですか。
ただし、結晶が水に溶けると、結晶にふくまれていた水は水溶液の水の一部になるものとする。また、水の蒸発はないものとする。
質量パーセント濃度 の食塩水 A が と、濃度のわからない食塩水 B が ある。A と B をすべてよく混ぜ合わせたあと、この食塩水を加熱して水だけを 蒸発させた。すると、質量パーセント濃度 の食塩水になった。食塩水 B の質量パーセント濃度は何 % ですか。ただし、加熱しても食塩は蒸発せず、結晶も出てこないものとする。
濃度のわからない 2 種類の食塩水 A、B がある。
- A を 200 g と B を 100 g よく混ぜ合わせると、質量パーセント濃度 8 % の食塩水になった。
- A を 100 g と B を 200 g よく混ぜ合わせると、質量パーセント濃度 10 % の食塩水になった。
このとき、A を 150 g と B を 150 g よく混ぜ合わせ、さらに水を 60 g 加えてよくかき混ぜた。できた食塩水の質量パーセント濃度は何 % ですか。ただし、混ぜ合わせたり水を加えたりしても、食塩や水の質量は変わらないものとする。
容器 A には質量パーセント濃度 の食塩水が 、容器 B には質量パーセント濃度 の食塩水が 入っている。次の操作 1〜3 を順に行った。
操作 1: A の食塩水をよくかき混ぜてから を取り出して B に入れ、B をよくかき混ぜる。
操作 2: B の食塩水から を取り出して A に入れ、A をよくかき混ぜる。
操作 3: A の食塩水を加熱して水だけを蒸発させ、A の食塩水の質量パーセント濃度を最初と同じ にする。
操作 3 で蒸発させる水は何 g ですか。ただし、加熱しても食塩は蒸発せず、食塩はすべて水に溶けたままであるものとする。
この技能の次に学べること
- とり出して水を加える操作のくり返し (中学理科 水溶液)