少量の塩化ナトリウム NaCl が混じった硝酸カリウム KNO3 の固体がありま…
少量の塩化ナトリウム NaCl が混じった硝酸カリウム KNO3 の固体があります。KNO3 は水100gに20℃では約32g、60℃では約110g溶けますが、NaCl の溶ける量は温度が変わってもあまり違いません。この固体からできるだけ純粋な KNO3 を取り出す方法として最も適切なものはどれか。
- ⑴ 20℃の水を少しだけ加えてよくかき混ぜ、溶け残った固体をろ過して集めると、目的の KNO3 だけが固体として残る。20℃でも KNO3 は水100gに約32g溶けるので、少ない水に溶けるのは KNO3 の方です。残るのは NaCl になってしまいます。
- ⑵ 固体をそのまま強く加熱し、出てきた蒸気を冷やして別の容器に集めると、沸点の低い KNO3 が液体として得られる。KNO3 も NaCl もイオンからできた固体で、加熱しても蒸気になりにくいため、この方法では2つを分けられません。
- ⑶ 固体を水に溶かした液をろ紙の一端につけて水にひたし、しみ上がる速さの違いを使うと、KNO3 を大量に取り出せる。しみ上がる速さの違いを使うクロマトグラフィーは、成分を確かめたり少量を分けたりする方法で、大量の取り出しには向きません。
- ⑷ 60℃の水に固体を全部溶かし、その液をゆっくり20℃まで冷やして出てきた結晶をろ過して集めると、KNO3 が得られる。温度による溶ける量の差が大きい KNO3 が冷却で結晶として出てきます。差の小さい NaCl は溶けたままなので分けられます。
- ⑸ 固体に灯油のような水と混じり合わない油を加えてよく振り混ぜ、油の層に移った KNO3 を分け取ると、KNO3 が得られる。イオンからできた物質は極性の小さい油にはほとんど溶けません。KNO3 は油の層へ移らないので分けられません。
解説
正解は⑷です。KNO3 は水に溶ける量が20℃と60℃で3倍以上違いますが、NaCl は温度が変わっても溶ける量があまり違いません。そこで高い温度の水に全部を溶かしてから冷やすと、溶ける量が大きく減る KNO3 だけが結晶として出てきます。これをろ過すれば、NaCl を溶かしたまま KNO3 を取り出せます。このように温度による溶ける量の差を使って純度を上げる操作を再結晶といいます。
AIが生成したオリジナル問題です。実際の試験問題ではありません。