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水溶液に関する問題　ー2024年　開成ー

2024年開成中学の問題です。

Ⅰ　５種類の水溶液Ａ～Ｅを試験管に用意して実験１～実験３を行いました。これらの水
　溶液は、以下の６つのいずれかであることがわかっています。

アンモニア水　・　塩酸　・　重そう水　・食塩水　・　石灰水　・　炭酸水

実験1　水溶液を蒸発皿に入れ、加熱して水を蒸発させると、水溶液Ｂ、Ｃ、Ｄでは白い固体が残りましたが、水溶液Ａ、Ｅでは何も残りませんでした。
実験2　においをかぐと、においがあったのはＡだけでした。
実験3　水溶液Ａ、Ｅは青色リトマス紙を赤色に、水溶液Ｂ、Ｃは赤色リトマス紙を青色に変えましたが、水溶液Ｄでは、リトマス紙の色の変化はありませんでした。

問1　水溶液Ｅの名前を答えなさい。

問2　水溶液Ａの名前を答えなさい。

問3　水溶液Ａ～Ｅをすべて特定するためには、少なくともあと１つの実験をする必要があります。その実験として最も適切なものを、次のア～エの中から1つ選び、記号で答えなさい。
　ア　ＢＴＢ溶液を水溶液に加えてみる。
　イ　二酸化炭素を水溶液にふきこんでみる。
　ウ　実験１で得られた白い固体に磁石を近づけてみる。
　エ　実験１で得られた白い固体が電気を通すか調べてみる。

Ⅱ　水溶液の酸性・中性・アルカリ性を知る方法はリトマス紙やＢＴＢ溶液以外にも複数あり、例えば、ムラサキキャベツにふくまれるアントシアニンという、多様な色を示す色素を利用する方法もあります。さらに複数の色素をしみこませた万能試験紙（図１）を使うことで、酸性やアルカリ性の「強さ」を調べることができます。強さはpHで表し、中性を7とし、多くの水溶液は0から14までの数値で表されます。数値が７から小さくなるほど強い酸性、大きくなるほど強いアルカリ性であることを示しています。
　ここでは医薬品にも使われるほう酸と、果実などに入っているクエン酸に注目し、万能試験紙を使って、実験４～実験７を行いました。

実験4　ほう酸を25℃の水80gにとかしたところ、4.0ｇまでとけました。ガラス棒の先を使って、この水溶液を万能試験紙につけたところ、万能試験紙の色が変わりました。色が変わった万能試験紙と見本を図２のように比べたところ、pHは5程度であることがわかりました。この水溶液を50℃まで温めたところ、ほう酸はさらに4.8ｇとけました。

実験5　クエン酸についても実験４と同様に、25℃の水80gにとかしたところ、60ｇまでとけました。水溶液のpHは、クエン酸を水80gに4.0ｇとかした時点で２程度になり、最終的に60ｇをとかしたとき、pHは１程度になりました。

実験6　実験４で得られたpHが5程度のほう酸水溶液にスチールウールを入れたところ、あわは発生しませんでした。一方、実験５で得られたpHが1程度のクエン酸水溶液では、あわが発生しました。

実験7　ほかの酸の水溶液についても酸性の強さを調べました。市販の酢では、pHは2～3程度でした。実験室にあった濃度3％の塩酸では、pHは0～1程度でした。

問4　実験4の結果より、ほう酸は50℃の水100gに何gとけることがわかりますか。ただし、答えが整数にならない場合は、小数第1位を四捨五入して整数で答えなさい。

問5　50℃の水100gにほう酸を7.0ｇとかしました。この水溶液を25℃まで冷やしたとき、水を何g追加すれば、25℃でほう酸をとかしきることができますか。25℃の水にほう酸がとける限界の量は実験４の結果から判断して答えなさい。ただし、答えが整数にならない場合は、小数第１位を四捨五入して整数で答えなさい。

問6　実験4～実験7の結果から言えることとして、正しいものを、次のア～オの中からすべて選び、記号で答えなさい。
　ア　25℃の水にほう酸をできるだけとかしたとき、その水溶液の酸性は市販の酢より強くなる。
　イ　クエン酸の水溶液は水でうすめると、その酸性の強さは弱くなる。
　ウ　クエン酸が水にとけた重さと、pHの7からの変化量の間には比例の関係かおる。
　エ　市販の酢の中にスチールウールを入れると、あわが発生する。
　オ　酸をとかした水溶液の濃度が同じであっても、ほう酸やクエン酸といった酸の種類が異なれば、水溶液の酸性の強さが同じになるとは限らない。

【解説と解答】
問1　A、Eは蒸発させて何も残らないので、気体か液体を溶質とする水溶液です。Aににおいがあることから、アンモニアか塩酸とわかるので、Eは炭酸水。炭酸水は二酸化炭素が溶けています。
（答え）炭酸水

問2　問1からAはアンモニア水か塩酸ですが、Aは青色リトマス紙を赤色にしたので、酸性ですから、塩酸。
（答え）塩酸

問3　残る固体が溶けた水溶液はB、C、Dで、重そう水、食塩水、石灰水になります。BとCがアルカリ性であることから、Dは食塩水とわかります。そうなると、重そう水か、石灰水を決める実験になるので、石灰水は二酸化炭素を吹き込めば白くにごります。
（答え）イ

問4　ほう酸は25℃の水80gに4.0g溶け、50℃の水にさらに4.8g溶けたので合計8.8g溶けました。80gの水に8.8gですから、100gの水には11.0g溶けます。
（答え）11.0g

問5　25℃、100gの水にホウ酸は4.0÷80×100＝5.0gしか溶けません。したがって、7.0gを溶かすにも、7.0÷5.0×100＝140gの水が必要になるので、必要な水は40gです。
（答え）40g

問6　
ア　市販のお酢のpHは2～3程度。25℃の水に、できるだけほう酸を溶かしたとき、pHは5程度なので、お酢の方が酸性が強いことがわかります。
イ　クエン酸を水80gに4.0g溶かしたらpHは2、60g溶かしたらpH1になっているので、水で薄めれば酸性は弱くなります。したがってこれは○。
ウ　クエン酸が溶ける量には限界があるので、比例関係にはなりません。
エ　スチールウールが反応するのはpH1程度なので、お酢では反応しません。
オ　濃度が同じでも、pHに違いが出るので、酸性の強さが同じになりません。これは○。
（答え）イ、オ