再結晶によって物質X・Yの混合物から純粋な物質を得るために、次の実験を行った。グラフは物質X・Yそれぞれの、100gの水にとける質量と温度の関係を表している。ただし、混合水溶液中においても、それぞれの物質の100gの水にとける質量と温度の関係は変化しないものとする。
実験
ビーカーに水100gを入れ、その水に物質X10gと物質Y70gの混合物を加えてかき混ぜながら加熱し、混合物をすべてとかして50℃の水溶液をつくる。
その後、この水溶液をゆっくりと10℃まで冷やす。この冷やした水溶液をろ過する。
実験で水溶液を50℃から10℃に冷やしたとき、水溶液から出てくる結晶は、どちらの物質か。またその結晶はおよそ何gか。
この実験での、ろ液に含まれる物質について述べたものとして、最も適当なものを1つ選んで記号で答えよ。
(ア)物質Xも物質Yも含まれない。
(イ)物質Xのみ含まれる。
(ウ)物質Yのみ含まれる。
(エ)物資Xと物質Yが含まれる。
(オ)ろ過の基本操作を模式的に表したものとして、最も適当なものを1つ選んで記号で答えよ。
温度による溶解度の変化を実際に確かめるために次の実験を行った。グラフは、硝酸カリウムと塩化ナトリウムそれぞれの100gの水にとける質量と温度の関係を表している。ただし、混合水溶液中においても、それぞれの物質の100gの水にとける質量と温度の関係は変化しないものとする。
実験
40℃の水100gに、硝酸カリウムをかき混ぜながら加えていったところ、ある量をこえると硝酸カリウムはそれ以上溶けなくなった。
そこで溶け残った硝酸カリウムをろ過し①40℃の硝酸カリウム飽和水溶液を得た。
次に、この硝酸カリウム飽和水溶液を温め、80℃に保ちながら硝酸カリウムを36g追加するとすべて溶けた。
そこで、さらに硝酸カリウムを加えようとしたが、誤って塩化ナトリウムを36g加えて溶かしてしまい②硝酸カリウムと塩化ナトリウムが混じった80℃の水溶液となった。
下線の部分①の硝酸カリウム飽和水溶液の質量パーセント濃度は何％か。小数第1位を四捨五入して整数で答えよ。
下線の部分②の混合水溶液から硝酸カリウムの結晶のみをできるだけ多く取り出したい。この混合水溶液を何℃まで冷却すればよいか。また、このとき得られる硝酸カリウムの結晶は何gか。整数で答えよ。
グラフを見ると物質Xはどの温度でも10g以上溶かすことができる。
物質Yは10℃で約21gしか溶けないので、50℃で70g溶かしたものを冷やすと再結晶する。
再結晶する質量は 70-21=49gとなる。
水溶液中に溶けたものはろ過では取り出せないので物質X,Yともにろ液に含まれる。
ろ過するときにはガラス棒を使い、ろうとの足をビーカーの壁に沿わせる。
グラフから硝酸カリウムは40℃で約64g溶ける。
質量パーセント濃度=溶質溶媒＋溶質×100なので
64164×100=39.0・・・ これを四捨五入する
図から、塩化ナトリウムの溶解度は30℃で36gになっているので、そこまで冷やせば硝酸カリウムのみをできるだけ多く取り出せる。
30℃で硝酸カリウムは約46g溶ける。硝酸カリウムは水溶液中に64+36=100g溶けている。
よって 100-46=54