理科 第2章
物質のすがた
解説編
身の回りの物質・状態変化・性質
① 導入
この解説編では、問題編のすべての問題について途中式を省略せず解説します。密度・濃度・溶解度の式は、単位を書きながら計算する習慣をつけましょう。わからなかった問題は、途中式のどこで止まったかを確認すれば十分です。
② 基本概念
問題編の基本概念を参照してください。特に「密度=質量÷体積」「質量パーセント濃度=溶質÷溶液×100」 「溶解度は水100gあたりの最大の溶ける量」の3つの式は、この章の計算問題すべてで使います。
③ 図解
問題編の図解を参照してください。気体の集め方は「水に溶けるか」「空気より重いか軽いか」の2つの基準で決まります。
④ 例題 解説
例1 金属Aの密度
密度=質量÷体積=54.0g÷20.0cm³=2.7
答え:2.7 g/cm³
例2 食塩水の濃度
溶液の質量=20g(水)+5g(食塩)=25g
質量パーセント濃度=5÷25×100=20%
例3 石灰水を白く濁らせる気体
答え:二酸化炭素
例4 純物質の加熱曲線
純物質は融点・沸点で状態変化が終わるまで温度が一定になる。答え:a
⑤ 基本問題 解説
1 【小学校の復習】体積の単位
答え:cm³(立方センチメートル)(b)。gは質量、℃は温度の単位である。
2 【小学校の復習】氷の状態
答え:固体(a)。水は温度によって固体(氷)・液体(水)・気体(水蒸気)に変わる。
3 有機物の選択
炭素を含み燃えるとCO₂と水ができるのは砂糖とろう。答え:a, c
4 金属に共通しない性質
磁石につくのは鉄など一部の金属だけ。金属共通の性質ではない。答え:d
5 密度の計算
237g÷30cm³=7.9 g/cm³(鉄に近い値)
6 食塩水の濃度
溶液の質量=80g+20g=100g。20÷100×100=20%
7 助燃性の気体
答え:酸素
8 上方置換法で集める気体
答え:アンモニア。水に非常に溶けやすく、空気より軽いため。
⑥ 標準問題 解説
9 蒸留で先に出る液体
(例)エタノールの沸点(約78℃)は水の沸点(100℃)より低いため、先に気体になって出てくる。よって、最初に出てくる液体にはエタノールが多く含まれる。
10 濃度から溶質の質量を求める
質量パーセント濃度=溶質÷溶液×100 より、溶質=溶液×濃度÷100
200×15÷100=30g
11 再結晶の質量
20℃で水100gに溶けるのは最大11g。50g溶かしていたので、溶けきれない分が結晶になる。
50-11=39g
なぜ:温度が下がると溶解度(溶ける最大量)も下がるため、そのぶんが溶液中に留まれず結晶として出てくる。
12 ろ過の注意点
(例)ろ紙のふちが漏斗のふちより低くなるようにする。ガラス棒を使い、液を静かに注ぐことも重要。
⑦ 応用・実力テスト形式 解説
13 金属Cの密度
密度=158÷20=7.9g/cm³。参考値の鉄(約7.9g/cm³)と一致する。
答え:鉄
14 金属Bの密度
密度=210÷20=10.5g/cm³。参考値の銀(約10.5g/cm³)と一致する。
答え:銀
15 溶け残りの計算
水150gでの最大溶解量=32×(150÷100)=48g
60gのうち溶けるのは48gまでなので、溶け残りは60-48=12g
16 密度から質量を求める
質量=密度×体積=2.7g/cm³×40cm³=108g
17 再結晶の実験
(1) 「水100gに物質Xを80g溶かした」とあるので、溶けている物質Xは80g。
(2) 60℃では80gすべて溶けていたが、20℃での溶解度は32g(水100gあたり)なので、20℃で溶けきれる最大量は32g。 結晶として出てくる量=80-32=48g
(3) 溶液を冷やして結晶を取り出す方法は再結晶。 温度が下がると溶解度が大きく減少する物質(この実験の物質Xのように60℃で80g→20℃で32gと大きく減る物質)であれば、 冷やすだけで多くの結晶を効率よく取り出せる。
答え:再結晶/温度が下がると溶解度が大きく減る物質は、冷やすだけで多くの結晶を取り出せるから。
18 溶解度グラフの比較(物質X・Y)
(1) 60℃では85gまで溶けるので80gはすべて溶けている。20℃での溶解度は32gなので、結晶=80-32=48g
(2) Yの60℃での溶解度は38g(水100gあたり)しかない。80gを入れても、そのうち溶けきれるのは38gまでで、 残りの42gは溶け残る。
(3) Xは20℃で32g、60℃で85gと、温度による溶解度の変化が大きい。一方Yは20℃で34g、60℃で38gとほとんど変わらない。 温度が下がったときに溶解度が大きく減る物質ほど、冷やすだけで多くの結晶を取り出せるので、再結晶に適している。
答え:X(60℃→20℃で溶解度が85gから32gへ大きく減るため、冷やすだけで多くの結晶を取り出せる)。
⑧ 確認テスト 解説
1 密度
90÷10=9 g/cm³
2 質量パーセント濃度
溶液の質量=170+30=200g。30÷200×100=15%
3 気体の集め方
答え:水上置換法
4 沸点の差を利用した分離
答え:蒸留
5 冷やして結晶を取り出す操作
答え:再結晶
⑨ 完全解説
以上が第2章の全問題の解説です。密度・濃度・溶解度はどれも「何を何で割るか」を式に単位付きで書けば、ミスがすぐに見つかります。
確認テストで80%以上取れたら、第3章「光・音・力」に進みましょう。