混合溶液の扱い、濃度差が大きい溶液を混合するときの留意点!

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うも、わたなべです!

 

今日は、

「濃度計算問題」や、

「酸塩基のpH計算問題」を

解く上で

 

 

絶対に知っておかなければならない

超重要なことについて

解説して行きます。

 

 

これは他の受験生が重要性に

気付いていないので、

知っているだけでかなりの

アドバンテージになります

アドバンテージ

 

しかし、もしあなたがこの

2つの濃度の違う溶液の混合の

扱い方を知らないと、

 

 

2つの溶液を混ぜたときの

濃度計算が一切解けません

0点

 

 

さらに、混合溶液のpH計算の

問題で手がぱったり動かなくなり、

どうする事も出来ずに、試験中

立ち尽くしてしまいます。

 

そして、あなたはこの失点を痛手に

あと数点のところで、落ちて、

第2志望以下の大学で、いつまでも、

「あと8点で合格だったんだぜ〜」と

情けなく言い訳をし続ける人生です。

 

だから確実に、

マスターしておいてください。

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よくある間違い

本当によくある間違いで、

これをしてしまうと

出題者の思うつぼになってしまう

事項があります。

 

このよくある間違いとは、

体積の和をしてしまうこと

なのです。

 

 

まだピンと来ていないと思うので、

例を出してご紹介します。

 

以下の図のような状況だと

思ってください。

混合溶液

混合溶液

 

 

こいつらの濃度差はとんでもない

わけです。

 

そして、こういう物を混合したとき、

よくある間違いで、

 

 

混合後の体積を

V3=V1+V2としてしまう

人が非常に多いのです。

 

こうしてしまった時点で

あなたの負けです。

 

その理由についてお話しして行きます。

直感的に分かる理由

濃度差が大きい溶液同士を

混合したときに、

混合後の体積がそれぞれの和

では無い理由は、

 

直感的な説明と、

数学的説明が出来ます。

 

 

まずは直感的に理解してもらいます。

 

これは、あなたも経験した事もある

と思います。

 

この濃度差が大きい物同士

(例えば、濃硫酸と水)では、

 

濃硫酸では硫酸がほとんど、

水では水がほとんど、

 

つまり主要な分子の大きさが

違うワケです。

 

例えるなら、

『お豆』と『ごま』を混ぜる

ようなものです。

豆とごま

お豆とごまがあります。

この2つを混ぜます。

豆とごまを混ぜます

さて、V1+V2=V3となるでしょうか?

 

この式が成り立たないのはあなたも

直感的に分かりますよね。

 

なぜなら、

豆のスキマにごまが入るから

超重要

そうV3<V1+V2

となるのです。

 

 

これを化学の溶液にあてはめれば、

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お豆が硫酸です。

ごまが水です。

 

 

分子の大きさが違いますね。

 

硫酸 スクリーンショット 2016-03-24 23.24.11

これくらいの分子の大きさの違いがあります。

(スマホで見ると違いが

分かりにくいかもしれません)

 

ですが、硫酸と水の分子の

大きさが違うのは普通に分かると

思います

 

 

だから、お豆とごまのときの

ように、

 

硫酸のスキマに水が入っていきます。

 

だから

 

混合後の体積は、

混合前の体積の和より小さい

 

ということが言えます。

 

数式で説明する方法

次は理系らしく、

直感に頼らずに、

数式で表して行こうと思います。

混合溶液

混合溶液

こいつらを混合すると、

混合後

このようになります。

この図は、濃硫酸のスキマに水が

入り込んでいるのを表して

います。

 

ですが、これは使いません。

 

まず最初に使うのが、

質量保存式です。

 

いくら体積が変わったとしても、

質量は絶対に変わりません

 

なので、

W1+W2=W3

が成り立ちます。

 

そしてこれは密度と体積が

それぞれ与えられているので、

上の式はこうも表せます。

 

d1V1+d2V2=d3V3

 

と表せます。

 

 

まだ質量保存式のままです。

 

そして、ここまでくると、

V1+V2=V3にするためには、

 

d1=d2=d3となればよいです。

 

でも、それはかなわいません。

水と濃硫酸が同じ密度な

ワケないし、

 

それを混ぜたやつも同じなワケ

ないです。

 

 

だから、d1≠d2≠d3であるため、

V1+V2≠V3

であると言えます。

 

 

判断の仕方!

このように、扱わなければならない

問題には、ある特徴があります。

 

問題の特徴に気付けば、いいのです。

 

それは、

 

 

濃度差が大きいときは、

密度がヒントとして与えられる

のです。

 

もしめっちゃくちゃ

硫酸が薄かったらどうでしょう。

 

・・・・・・・・・・・

・・・・・・・・・・・

 

・・・・・◯・・・・・

・・・・・・・・・・・

・・・・・・・・・・・

 

程度の割合だった場合、

もはや密度は

・・・・・・・・・・・

・・・・・・・・・・・

・・・・・・・・・・・

・・・・・・・・・・・

・・・・・・・・・・・

とほとんどかわらねえなと

なると、

 

d1=d2=d3になり、

V1+V2=V3が成り立ちます。

 

 

つまり、濃度差が大きいときは、

 

密度がそれぞれの溶液で

与えられているのです。

 

そして、このときは、

体積の和が混合溶液の体積と

一致しない!のです。

 

解法!

こういう風に、濃度差が大きいとき、

やるべきことは、

質量保存式を立てる!

 

溶液全体で混合前と混合後の

質量が保存する事

 

そして、

溶質の混合前と混合後の

質量が保存する事

 

これらに着目するのです。

 

これです。

質量保存式を立てて、

d1V1+d2V2=d3V3で、

未知のV3を求めていくのです。

 

 

また、

 

 

いかがでしたか、

これは基本的なところで

直感的に理解してもいいし、

数式的に理解してもいいです。

 

両方がベストですが!

 

意外とこれを知らないと

問題が解けないので、きっちり

マスターしていってください。

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4 件のコメント

  • まあ、これに気づけた高校生も気づけなかった高校生もいい頭の体操になったのではないでしょうか?

  • 0.125mol/Lの硫酸100mLと0.150nol/Lの水酸化ナトリウム水溶液150mLを混ぜ合わせた溶液のpHを求める問題で

    自分は
    H2SO4︰〔H+〕0 125×(100/250)×2=0.10
    NaOH︰〔OH-〕0.150×(150/250)×1=0.09
    よって〔H+〕=0.10-0.09=0.01
    よってpH=2
    として答えはあってました。

    これは硫酸と水酸化ナトリウム水溶液の密度が同じと見なされているから出来たということですか?

    • そうですね!結構ごまかしなところもありますが、そういう事になります。
         
      見分け方は、密度が与えられていたら、質量保存則、なかったら希釈となります。

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