二つの水溶液を混ぜてできた沈殿をろ過し、その重さを量りました。この値は、できた沈殿だけの重さになっているでしょうか。ろ紙や容器の重さ、沈殿に付いた水まで一緒に量っていれば、表示をそのまま答えにはできません。
中学入試の実験では、「固体を集めた」ことと「その固体の質量を正しく求めた」ことを分けて考える必要があります。沈殿が何g生じるかという反応の割合の問題に、測定前の操作の問題が重なるからです。今回は、乾燥、冷却、秤量を繰り返す記録を読みます。
ろ過した直後は液も残っている
ろ紙に残った固体の粒の間には、液体が入り込んでいます。そのまま量ると、固体と液の合計になります。透明な水分が見えにくくても、質量に含まれないわけではありません。
また、付着した液に別の溶質が含まれている場合、その液をただ乾かすだけでは、別の物質も固体として残ることがあります。沈殿を適切に洗う操作と、乾燥する操作には違う役割があります。洗えば何でもよいのではなく、沈殿が溶けて失われない条件などを選ぶ必要があります。
重さが変わらなくなるまで測る意味
決められた条件で乾燥し、冷まして量る操作を繰り返し、読みの変化が許容範囲に収まった状態を恒量として扱うことがあります。最初の一回だけでは、水分がどれだけ残っていたかを判断しにくいためです。
ただし、同じ読みが二回続けば、どんな試料でも絶対に水分ゼロだと証明できるわけではありません。はかりの細かさより小さな変化は見えませんし、乾燥条件が不適切なら残る物もあります。本稿では、指定した乾燥条件で沈殿が変質せず、最後の安定した値を使うという問題の約束に従います。
熱いままの容器を量ると、周囲の空気の流れなどで測定が不安定になることがあります。乾燥した試料を冷却中に湿気から守るため、乾燥した空間を保つ容器を用いることもあります。実験表の「冷ましてから量った」には、測定条件をそろえる意味があります。
例題1：どの値から沈殿の量を出すか
乾いた容器は32.40gです。沈殿を入れて乾燥・冷却・秤量を繰り返したところ、容器込みで順に34.10g、33.94g、33.90g、33.90gとなりました。この問題では最後の二回が一致した値を用います。沈殿の質量はいくらですか。
答え・解説： 33.90－32.40＝1.50gです。最初の34.10gを使った1.70gではありません。最初から最後まで0.20g減ったので、指定の条件下では、乾燥により取り除かれた水分などを最初の測定が含んでいたと考えます。
34.10、33.94、33.90、33.90を全部平均する必要もありません。同じ状態の値が偶然上下した記録ではなく、乾燥が進む途中で変化している記録だからです。平均を出す前に、各数値が同じ条件の繰り返しなのかを確かめましょう。
ろ紙の分も引くのか
容器にろ紙ごと入れて量ったなら、容器に加えて乾いたろ紙の質量も差し引きます。一方、あらかじめ「容器とろ紙を合わせた重さ」が示されているなら、さらにろ紙をもう一度引くと二重に差し引くことになります。
「空の容器」「容器とろ紙」「容器とろ紙と沈殿」という見出しを見て、何がその数値に含まれているかを四角で囲んでください。数字だけを縦に並べると、同じような値でも中身が違うことを見落とします。
例題2：ぬれた値から差し引いてよいか
容器が28.00g、乾いたろ紙が0.80gです。沈殿をろ紙ごと入れた直後は30.30g、適切に乾燥して安定したときは29.70gでした。固体の損失や変質はなく、差は水分によるものとします。乾いた沈殿と、取り除いた水の質量を求めなさい。
答え・解説： 沈殿は29.70－28.00－0.80＝0.90gです。取り除いた水は30.30－29.70＝0.60gです。0.60gの計算では両方に同じ容器とろ紙が含まれるため、その差を取れば共通分は消えます。
ろ紙の重さを引き忘れると1.70gとなり、沈殿を多く見積もります。逆に、容器込みの値を見て「水分が減ったから沈殿も減った」とするのも誤りです。この問題では沈殿が失われていない条件が与えられています。
乾かしすぎればよいとは限らない
物質によっては、強く加熱すると分解したり、結晶に含まれる水まで失ったりします。そうなると、初めに量りたかった物質と別の状態の質量を測ることになります。「水分をなくすため、どこまでも高温にする」という方針にはできません。
実験記録では、乾燥温度や時間、冷却方法、洗浄の条件がそろっているかを読みます。薬品の加熱操作を家庭で試す必要はありません。表の数値が下がる理由を、付着水が減ったのか、固体が失われたのか、別の物質へ変わったのかに分ける。反応の計算へ入る前に、量った値の意味を確かめる習慣をつけましょう。