予習シリーズ 小5 理科 第12回 「水溶液の濃さ」学習のポイント

まとめてみよう（要点整理）

• 水溶液の性質: 水溶液は透明で、時間が経っても溶質と溶媒が分離せず、どこでも同じ濃さになります。ただし、「無色」である必要はなく、硫酸銅水溶液や塩化銅水溶液のように「有色透明」のものも水溶液に含まれます。

• 溶解度と飽和: 物質が溶ける限界に達することを「飽和」といい、限界まで溶かした水溶液を「飽和水溶液」と呼びます。溶解度は通常、水100gに溶ける溶質の最大質量（g）で表されます。

• 温度・圧力と溶解度の関係: * 固体: 通常は水温が高くなるほど溶解度は大きくなりますが、例外として水酸化カルシウム（消石灰）は温度が上がると溶ける量が減ります。また、食塩（塩化ナトリウム）のように、温度による溶解度の変化が非常に小さい物質もあります。

  • 液体: アルコールや酢酸などは、水とどのような割合でも制限なく混ざり合います。

  • 気体: 水温が高くなるほど溶けにくくなり（溶解度は小さくなる）、気圧（圧力）が高くなるほどよく溶けるようになります。水によく溶ける気体には、塩化水素やアンモニアなどがあります。

• 溶質の取り出し方（再結晶）: * 温度が下がると溶解度が急激に小さくなる物質（ホウ酸など）は、「水溶液を冷却する」ことで結晶を取り出します。

  • 温度による溶解度変化が少ない物質（食塩など）は、「水を蒸発させる」ことで取り出します。

  • 結晶の形は物質ごとに異なり、ホウ酸は六角形、食塩は立方体（サイコロ型）、硫酸銅は青色の結晶、ミョウバンは八面体となります。

基本問題

［四角1］水溶液の基礎

• 溶質と溶媒の区別: 溶けている物質が「溶質」、溶かしている液体が「溶媒」です。砂糖水では砂糖が溶質、水が溶媒です。

• 状態と溶解度: 飽和状態ではこれ以上溶かすことができません。また、二酸化炭素などの気体を水に多く溶かしたい場合は、「水温を下げる」または「圧力をかける」必要があります。

［四角2］濃度の計算と水溶液の比較

• 濃度の基本計算: 濃度（%）を求める公式は $\frac{\text{溶質の重さ}}{\text{水の重さ} + \text{溶質の重さ}} \times 100$ です。全体の重さ（溶液）を分母にすることを徹底しましょう。

• ろ液の濃度: 溶け残りがある状態でも、ろ過した後の液体（ろ液）の濃度は元の飽和水溶液の濃度と同じです。

• 密度と重さの比較: 食塩水などの水溶液は、濃度が濃いほど密度が大きくなります。そのため、同じ体積であれば濃い水溶液の方が重くなります。

［四角3］食塩の溶解度

• 溶解度の比例計算: 水100gあたりの溶解度が基準となるため、水の量が200g（2倍）になれば、溶ける溶質の最大量も2カ所とも2倍になります。

• 飽和溶液の濃度変化: 温度が上がると食塩の溶解度もわずかに上がるため、40℃と60℃の飽和食塩水を比べると、温度が高い60℃の方がわずかに濃度が濃くなります。

練習問題

［四角1］溶解度曲線の読み取り

• 温度変化と析出量: 溶解度曲線（グラフ）において、温度変化による溶ける量の差（傾き）が最も大きい物質は、冷却したときに最も多くの結晶が返ってきます（析出します）。逆に傾きが緩やかな物質は、冷却してもほとんど結晶が出てきません。

［四角2］水溶液の混合と薄め方

• 混合溶液の濃度計算: 2つの異なる濃度の水溶液を混ぜる場合、それぞれの水溶液に含まれる「溶質の重さの合計」と「全体の重さの合計」をそれぞれ算出し、改めて濃度を計算します。

• 水溶液を薄める計算: 濃度を4倍に薄める（例：20%から5%へ）ということは、全体の重さを4倍にするということです。加える水の量は「（元々の重さ $\times$ 4） $-$ 元々の重さ」、つまり元々の重さの3倍の水を加えることになります。

［四角3］温度変化による析出（ミョウバン）

• 水の量に応じた計算: 水100gあたりのデータから、問題で与えられた水の量（例：水200gであれば2倍）に合わせて、溶ける量や析出する量を比例計算で修正していく手順を身につけましょう。

発展問題

［四角1］複雑な溶解度・析出計算

• 飽和溶液の割合計算: 溶液全体の重さから溶質と溶媒の比率を逆算する思考が必要です。例えば、「60℃の水100gにAが46g溶ける」とき、飽和溶液146gの中に46gのAが含まれるという関係（割合）を利用して、溶液100gの場合の数値を算出します。

• 段階的な冷却と析出: 複数混ざっている水溶液を冷やしていく際、それぞれの物質の溶解度を上回った段階で、まずは片方の物質から結晶が析出し始めます。それぞれの物質の温度ごとの溶解度を正確に把握し、引き算によって析出量や残った水・溶質の量を管理していく緻密さが求められます。