【中学1年理科】水溶液と濃度計算のポイント・問題

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中学1年理科。今日のテーマは水溶液です。まずは水溶液とは何なのかから押さえ、いろいろな水溶液に溶けている物質も覚えていきましょう。さらに、濃度の計算方法についても学習し、問題演習を通じて計算をマスターします。

水溶液とは

水溶液とは水に物質が溶けたもので、身近な例でいうと食塩水や砂糖水などが水溶液になります。水溶液と呼べるためには次の3つの性質を満たさなくてはなりません。

水溶液の性質❶色がついていても透明
❷濃さは均一
❸放置しておいても沈殿しない

この3つの性質を満たさないと水溶液とは呼べませんので、牛乳や泥水などは水溶液とは呼べません。

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溶質・溶媒・溶液

水溶液をつくるには、水に何かを溶かさなければなりません。このとき、溶かす物質、物質を溶かす液体、物質が溶けている液体に名前がありますので覚えましょう。

水溶液

  • 溶質
    溶けている物質のこと
  • 溶媒
    溶質を溶かす液体のこと
  • 溶液(水溶液)
    溶質と溶媒を合わせたもの

溶媒が水の場合の溶液を、特に水溶液といいます。

水溶液の質量

水溶液の質量は、溶かす溶質の質量と溶媒の質量を合わせたものになります。

水溶液の質量=溶質の質量+溶媒の質量

例えば、質量25gの食塩を水100gに溶かすと、できた水溶液である食塩水の質量は、
25g+100g=125g
となります。

いろいろな水溶液

水溶液でも、次の水溶液は入試や定期テストに頻繁に登場します。溶けている物質が固体なのか気体なのか。また、何という物質が溶質なのかをしっかりと覚えましょう。

食塩水(塩化ナトリウム水溶液)

  • 溶質:食塩(塩化ナトリウム)固体
  • 臭い:無し
  • 加熱すると:白い粒が残る
  • 性質:中性

砂糖水

  • 溶質:砂糖固体
  • 臭い:無し
  • 加熱すると:茶色のネバネバとしたものが残る
  • 性質:中性

塩酸

  • 溶質:塩化水素気体
  • 臭い:刺激臭
  • 加熱すると:何も残らない
  • 性質:酸性

炭酸水

  • 溶質:二酸化炭素気体
  • 臭い:無し
  • 加熱すると:何も残らない
  • 性質:酸性

水酸化ナトリウム水溶液

  • 溶質:水酸化ナトリウム固体
  • 臭い:無し
  • 加熱すると:白い粒が残る
  • 性質:アルカリ性

アンモニア水(水酸化アンモニウム水溶液)

  • 溶質:アンモニア気体
  • 臭い:刺激臭
  • 加熱すると:何も残らない
  • 性質:アルカリ性

石灰水(水酸化カルシウム水溶液)

  • 溶質:石灰(水酸化カルシウム)固体
  • 臭い:無し
  • 加熱すると:白い粒が出てくる
  • 性質:アルカリ性

水溶液の確認問題

  1. 次の中なら水溶液とは呼ばないものを選べ。
    ア:食塩水 イ:塩酸 ウ:石灰水 エ:牛乳
  2. 水溶液の濃さはどうなっているか。
  3. 水溶液の温度を変えず、そのまま放置しておくと沈殿するか。
  4. 食塩水の食塩のように、水に溶けている物質を何というか。
  5. 砂糖水の水のように、物質を溶かす液体を何というか。
  6. 食塩30gを水120gに溶かすと水溶液の質量は何gになるか。
  7. 食塩水の溶質を答えよ。
  8. 塩酸の溶質を答えよ。
  9. アンモニア水を水分がなくなるまで加熱すると後に何か残るか。
  10. 水酸化ナトリウム水溶液は何性か。

解答

  1. 均一(どこでも同じ)
  2. 沈殿しない
  3. 溶質
  4. 溶媒
  5. 150g
  6. 食塩(塩化ナトリウム)
  7. 塩化水素
  8. 何も残らない
  9. アルカリ性

濃度(質量パーセント濃度)

濃度、正式には質量パーセント濃度といいます。濃度とは簡単に言うと「濃さ」のことです。どれくらいたくさんの物質が溶けているかを表す数値になります。理科的な用語で説明すると、「溶液」に対する「溶質」の割合になります。

濃度の計算方法

濃度の計算方法は、次の手順で行います。

  1. 溶媒と溶質を合わせた溶液の質量を求める
    まずは、溶液全体の重さを求めます。
  2. 溶質÷溶液で溶質の占める割合を計算する
    分数式で表すと分子が溶質、分母が溶液の質量です。
  3. 最後に100倍にして百分率(%)を求める

濃度の計算

よくある濃度計算の間違い

濃度の計算でよくある間違いは、分母を「溶媒」で計算してしまうことです。

[悪い例]水100gに食塩25gを混ぜたときの濃度を計算せよ。

25÷100×100=25%×

[正しい例]水100gに食塩25gを混ぜたときの濃度を計算せよ。

25÷(100+25)×100=20%

分母は溶液の量、つまり全体の質量になります。間違えないように注意してください。

濃度の確認問題

  1. 濃度は、溶質の質量÷(  )の質量×100で求めることができる。(  )には、溶液、溶質、溶媒のどれが入るか。
  2. 食塩20gを水80gに溶かしたときの濃度は何%か。
  3. 食塩20gが溶けた食塩水80gの濃度は何%か。
  4. 濃度40%の食塩水200gには何gの食塩が溶けているか。

解答

  1. 溶液
  2. 20%
  3. 25%
  4. 80g

【理科問題❶】水溶液の性質

水溶液の性質問題図のように、食塩を水に入れ、ガラス棒でよくかき混ぜて食塩水をつくった。食塩の他にも、砂糖、水酸化ナトリウム、塩化水素、アンモニア、石灰を水に溶かし水溶液をつくった。これについて、次の各問いに答えなさい。

(1)食塩のように、水に溶けている物質のことを何というか。

(2)食塩水の水のように、食塩を溶かしている液体のことを何というか。

(3)できた食塩水のA、Bの部分の濃さを比べるとどうなっているか。簡潔に答えよ。

(4)物資が水に溶けると、溶けた物質の粒子は、水溶液中でどのようになっているか。簡潔に答えよ。

(5)できた食塩水をしばらく放置すると、水溶液の濃さはどうなるか。次のア~エの中から一つ選び、記号で答えよ。ただし、水は蒸発せず、温度も変化しないものとする。
ア 下の方が濃くなってくる。
イ 上の方が濃くなってくる。
ウ 濃さは均一で変化しない。
エ 全体的に薄くなってくる。

(6)砂糖、水酸化ナトリウム、塩化水素、アンモニア、石灰を水に溶かしたとき、赤色リトマス紙を青色に変える水溶液になるのはどれか。物質名ですべて答えよ。

(7)砂糖、水酸化ナトリウム、塩化水素、アンモニア、石灰を水に溶かしたとき、緑色のBTB溶液を入れると黄色になる物質はどれか。物質名ですべて答えよ。

【解答・解説❶】水溶液の性質

(1)溶質

食塩のように、液体に溶ける物質を「溶質」といいます。

(2)溶媒

溶質を溶かす液体を「溶媒」といいます。

(3)同じ濃さになっている。

水溶液の性質に「濃さは均一」というものがあります。最初は下の方が濃くなっていますが、かき混ぜたり、しばらく放置しておくと、濃さは均一になります。

(4)均一に散らばっている。

水溶液になったとき、溶質の粒子は水溶液全体に均一に散らばっている状態になります。

(5)

水溶液の性質に「放置しておいても沈殿しない」というものがあります。これは、時間が経っても下の方が濃くなったりしないということを意味しています。

6)水酸化ナトリウム、アンモニア、石灰

赤色リトマス紙を青色に変えるのは、アルカリ性の水溶液です。アルカリ性の水溶液には、水酸化ナトリウム水溶液、アンモニア水、石灰水などがあります。

(7)塩化水素

BTB溶液の色を黄色に変える水溶液は、酸性の水溶液です。酸性の水溶液には、気体の塩化水素が溶けた塩酸や、硫酸、酢酸(す)、炭酸水、ホウ酸水、レモン汁などがあります。

【理科問題❷】質量パーセント濃度の計算特訓

問題次の各問いに答えよ。答えが割り切れない場合は、小数第2位を四捨五入しなさい。

(1)食塩25gが溶けた食塩水125gの質量パーセント濃度は何%か。

(2)水200gに食塩を50g溶かした食塩水の質量パーセント濃度は何%か。

(3)質量パーセント濃度12%の食塩水300gの中に、食塩は何g溶けているか。

(4)質量パーセント濃度20%の食塩水150gをつくるには、何gの水が必要か。

(5)質量パーセント濃度5%の食塩水600gに食塩を100g加えると、加えた後の食塩水の質量パーセント濃度は何%になるか。

(6)質量パーセント濃度15%の食塩水200gに水100gを加えると、加えた後の食塩水の質量パーセント濃度は何%になるか。

(7)質量パーセント濃度18%の食塩水300gを加熱し水を50g蒸発させると、蒸発後の食塩水の質量パーセント濃度は何%になるか。

(8)質量パーセント濃度30%の食塩水200gと、質量パーセント濃度20%の食塩水150gを混ぜると、できた食塩水の質量パーセント濃度は何%になるか。

溶解度曲線(9)右のグラフは、100gの水に溶ける硝酸カリウム質量の温度による変化を表したものである。水の温度が30℃で、硝酸カリウムを溶けるだけとかしてできた水溶液の質量パーセント濃度は何%か。

(10)20℃の硝酸カリウム飽和水溶液200gには、何gの硝酸カリウムが溶けているか。右のグラフを参考にして求めよ。

【解答・解説❷】質量パーセント濃度の計算特訓

(1)20%

溶質(食塩)25gと溶液(食塩水)125gなので、
25/125 ×100=20%

(2)20%

溶質(食塩)50gで溶液(食塩水)は、200+50=250gなので、
50/250 ×100=20%

(3)36g

溶液(食塩水)300gの12%が溶質(食塩)なので、
300×0.12=36g

(4)120g

質量パーセント濃度が20%なので、溶液(食塩水)の20%が溶質(食塩)、残りの80%が溶媒(水)になります。溶液(食塩水)が150gなので、その80%は、
150×0.8=120g

(5)18.6%

質量パーセント濃度5%の食塩水600gには、
600×0.05=30g
の食塩が溶けています。
ここに食塩を100g加えるので、溶質(食塩)と溶液(食塩水)の質量は、
30+100=130g(食塩)
600+100=700g(食塩水)
になります。したがって、水溶液の濃度は、
130/700 ×100=18.57…%

(6)10%

質量パーセント濃度15%の食塩水200gには、
200×0.15=30g
の食塩が溶けています。
ここに水を100g加えるので、溶質(食塩)と溶液(食塩水)の質量は、
30+0=30g(食塩)
200+100=300g(食塩水)
になります。したがって、水溶液の濃度は、
30/300 ×100=10%

(7)21.6%

質量パーセント濃度18%の食塩水300gには、
300×0.18=54g
の食塩が溶けています。
ここから水だけを50g蒸発させるので、溶質(食塩)と溶液(食塩水)の質量は、
54-0=54g(食塩)
300-50=250g(食塩水)
になります。したがって、水溶液の濃度は、
54/250 ×100=21.6%

(8)25.7%

質量パーセント濃度30%の食塩水200gには、
200×0.3=60g
質量パーセント濃度20%の食塩水150gには、
150×0.2=30g
の食塩が溶けています。
2つの食塩水を混ぜると、溶質(食塩)と溶液(食塩水)の質量は、
60+30=90g(食塩)
200+150=350g(食塩水)
になります。したがって、水溶液の濃度は、
90/350 ×100=25.71…%

(9)31.5%

溶解度のグラフから、30℃の水100gに硝酸カリウムは最大で約46g溶けるとわかります。
溶質(硝酸カリウム)46gで溶液(硝酸カリウム水溶液)は、100+46=146gなので、
46/146 ×100=31.50…%

(10)48.5g

溶解度のグラフから、20℃の水100gに硝酸カリウムは最大で約32g溶けるとわかります。このときの飽和水溶液の質量は、
100+32=132g(硝酸カリウム飽和水溶液)
今回、硝酸カリウム飽和水溶液が200gあるので、その中に溶けている硝酸カリウムは、
132:32=200:x
x=48.48…g

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