固体の溶解度の計算問題は１つの解法で！場合分け不要！

こんにちは。

早速ですが、こんな質問が来たんですよ。

こういう質問に対して、違和感を覚えました。

というのも、固体の溶解度の問題は一切場合分けをしたことがなくて、全て全く同じ方法で解いていたからです。

僕は水和水だからと言って、特別な解法を使ったりしません。ただただワンパターンに公式に当てはめているだけです。

もしかしたら、

このように、いろんなパターンを覚えさせられているかもしれません。

もしそうならかなり微妙です。僕は高校２年生から今の今まで化学をやっていますが、全く固体の溶解度を覚えようと思ったことがありません。

 

なぜなら、

• 意味がない
• 応用が効かなくなる

という、残念な結果になってしまうからです。

もしかすると、固体の溶解度に苦手意識があり、難しいと感じる人は、いろんなパターンを覚えすぎているからです。

本記事で話す「たった１つの解法」で攻めれば、「固体の溶解度が難しい」なんて思うはずがありません。ムッチャ簡単な分野の１つです。覚えることが少なくて済みます。応用も効きます。

↓この問題で解説していきます。まずは一旦自分で裏紙にでもいいので、今の自分の解き方で解いてみてくださいね。

それでは参りましょう。

※この記事は問題を解きながらやることがめちゃくちゃおススメです。なので10分ほどかかります。時間がない人は、まず４分ほどでこの記事を読み、あとでじっくり解くためにブックマークしておくことをオススメします。

固体の溶解度の計算問題はたった１つの解法しか使いません

固体の溶解度は、たった１つの解法だけで解き切ることができます。

それが、変化後の飽和溶液の溶解度で関係式を作ることです。

飽和溶液ということは溶けられるギリギリまで溶けている状態です。てことは、その温度の溶解度ギリギリになっているということです。

 

このことを使って問題を解いていきます。

固体の溶解度の解法は4ステップで解けます。めっちゃ簡単です。それではこの固体の溶解度の解法を完全レクチャーして行きましょう！

この４ステップで固体の溶解度の計算問題の答えは全て求めることができます。

この時重要なのが、溶解度の単位をしっかり把握することです。溶解度の単位はこちらです。

重要なのは、溶質が無水物であることです。この単位をしっかり覚えておくだけで、水和物を分けて考える必要がなくなります。

また、溶媒は、大抵水の100gです。

 

では、具体的に問題にこの解法を当てはめていきますね。

固体の溶解度の問題の計算問題を実際に解いてみた

まずは、この問題がどのような状態になっているのかを確認します。

(1)で80℃の飽和溶液を20℃まで冷却します。

このように温度が60℃ほど下げられると、溶けきれなくなった硝酸ナトリウムが析出してきます。

(2)で20℃まで冷却したものから水を20g蒸発させます。

このような問題の設定を解いていきます。そして、先程の解法を完全に当てはめていきますね。

(1)を解いていく

ステップ１：変化後の温度と溶解度を確認

この状態ですので、変化後は、温度が20度であり、溶解度は88g/100gです。

ステップ２：最初の溶質（無水物）と水の質量を求める

最初の溶液で溶けている溶質（無水物）の質量を求めていきます。

飽和溶液全体が100gです。この中の溶質の割合は、

です。

逆に水の割合は、

です。溶解度が150とは、水100gに溶質が150g溶けるということなので、飽和溶液250gのうち、150gが溶質であり、100gが水という割合です。

今回は、溶液全体が100gなので、この割合を掛ければいいのです。

ここまでオッケーでしょうか？

何を求めるために、ここまで求めてきたのかわかってますか？

変化後の飽和溶液の溶解度で関係式を作るためでした。一応さっき言ったことでしたが、多分忘れていると思うので、もう一度。

これを意識していくと、ステップ３、ステップ４がよくわかります。

ステップ３：変化量を求める

80℃から20℃まで冷却した時の変化としましては、溶質が析出する変化が起こっていますね。

溶媒の水は特に変わっていません。なので、上の画像のように、析出した溶質の質量をx[g]とおきます。

 

こうすると、表にまとめることができます。（表にまとめた方がなお良い）

ここまできたら、チェックメイトです。

ステップ４：変化後の溶液の飽和溶液で関係式を作る

これが変化後の溶液の様子ですが、この溶液は析出するということでもう溶けきれない状態の飽和溶液です。

なので、飽和しているので、溶ける限界ということです。つまり溶解度のマックス状態です。

 

よって、変化後の溶液は溶解度と等号を結ぶことができるのです。

このようになります。よって、答えはx=24.8[g]です。

析出した沈殿は24.8[g]です。

固体の溶解度の計算問題の解法のまとめ

[img]

結局のところ何をしているか？

変化後の飽和溶液の溶質の質量と溶媒の水の割合＝その温度の溶解度

この式を立てるだけなんです。

 

ですが、これだけをいうと、途中で何をしたらいいのかわからなくなるので４ステップにわけちゃいました。

 

てな訳で、これで全ての問題を解けるようになります。

ここまでは、比較的簡単な問題でまずは解法を確認してもらいました。

固体の溶解度の解法をいろんなパターンの問題に当てはめてみた

[img]

ちなみに、今の例題でも雑魚参考書や雑魚サイトには、「溶液を冷却して析出するパターン」みたいな分け方がされています。

でも、そんなこと考える方がおかしいですよね。次は、

「水和物が析出される場合」「途中で加熱される場合」の２つです。

ですが、パターンを覚えるのではなく、最初に学んだ解法を当てはめていくイメージです。

水和物が析出される場合はどうする？

実際旧帝国大学でも出題されている問題ですね。水和物で出題されるのは、大抵硫酸銅五水和物ですね。

 

硫酸銅の結晶には、１つの硫酸銅あたりに５分子の水分子が結合しています。これによって、溶解度の計算が若干ややこしくなるのですが、別に何も問題はありません。

この解法を当てはめていくだけです。

水和物の計算問題の解法はこちらの記事で解説しております。

固体の溶解度の結晶水を持つ水和物が沈殿するパターンの解法とは？

途中で加熱して溶媒の水が減った場合

例えば、こういう問題ですよね。

このような状況です。温度変化はないものの、水が蒸発することで溶けられる溶質の量も減るって状況です。

このパターンももちろん今回の記事で学んだノウハウで解けます。

あまりにもこの記事が長くなりすぎるので、こちらの記事で解説しています。

固体の溶解度の問題で水を蒸発させ溶質の析出量を求める問題の解法

 

ちなみに、一番最初の例題の（２）でも同じパターンの問題が出ています。

水が減ると言う事は、その減った分の水に解けていた溶質が析出する事は不可避ですぞ！

 

最後に「再確認！」

ここまで読んでどうでしたか？

多分、固体の溶解度の解法でつまづいていた人は、その問題ごとにいろんな解法を覚えようとしすぎていたからなんですよ。

 

固体の溶解度ってめちゃくちゃシンプルです。

たった、これだけですね。