中学受験理科の水溶液の性質—観察結果を手掛かりに溶けている物を区別する｜武蔵野個別指導塾

固体が残る記録と気体の観察を組み合わせ、透明な液を見分けます。結果が欠けた場合には、残る候補を表から探します。

よくあるのは、透明な水溶液は全部同じ性質だと思う小5の場面です。見た目が似ていても、水に溶けている物は同じとは限りません。水溶液の名前を当てる問題では、透明かどうかを確認した後、問題に与えられた別の観察結果を重ねて考えます。どの結果がどの液についてのものかを整理すると、候補を順にしぼれます。

問われ方には、蒸発（じょうはつ）後に固体が残るかを比べる型、出てきた気体の観察から溶けていた物を考える型、複数の結果を表にして液を区別する型があります。1つの結果で候補が決まらない場合には、決められないと答えることも必要です。ここで扱う観察は紙の上の記録です。薬品を使った操作は学校で先生の指示のもとに行うもので、家で試す手順ではありません。

透明な液の中に注目する

水溶液（すいようえき）は、物が水に溶けて全体に広がった液です。食塩が水に溶けた食塩水は、もとの固体の粒が見えなくても食塩を含みます。溶けている物は、取り出す前から液の中にあります。液のどの部分を取っても、よく混ざった水溶液なら同じ割合で含まれています。

水溶液には固体が溶けているもののほかに、気体が溶けているものもあります。炭酸水には二酸化炭素が溶けています。液から出た気体が石灰水（せっかいすい）を白くにごらせる結果は、二酸化炭素を考える手掛かりです。あわが見えたという記録だけでは、気体の種類までは決められません。何を調べてどんな変化を見たのかまで読みます。

図1のように、見た目が透明という共通点と、溶けている物の違いを別々に整理します。左は固体の食塩、右は気体の二酸化炭素を水に溶かした例です。図の点は溶けている物を表す目印で、実際の粒の大きさや数を示すものではありません。

図1では、どちらも透明な液として描かれています。固体が溶けた例では、水を蒸発させると食塩が残ります。一方、気体が溶けている例では、液から出た気体を別の観察で調べられます。ただし、固体が溶けた液でも加熱によって溶けた物が変化する場合があり、残り方だけを万能の判定法にしてはいけません。

蒸発後に何も残らなかったという結果だけで、必ず気体が溶けていたと決めることもできません。水自体や、蒸発によって溶けていた物も出ていく液が候補に入ることがあります。問題で候補と観察条件が与えられたら、その範囲で判断します。残った固体が白いという情報だけでも、複数の物が考えられるため、名前を決めるには別の情報が必要です。

水溶液を比べる表では、観察したことと、そこから考えたことを別に書くと整理しやすくなります。たとえば「白い固体が残った」は見た結果ですが、「食塩が残った」は候補や別の情報を使った判断です。観察の欄に最初から物の名前を書き込むと、その名前がどの条件から決まったのかを見失います。

また、液から気体が出る様子を調べたときは、液そのものの見た目と、出てきた気体の性質を区別します。透明な液を見ただけで気体が溶けていないとは言えません。逆に、あわの観察だけでは、その気体が何かを決定できません。結果を複数読むときは、各結果が液、残った物、出た気体のどれについての記録かを確認します。

候補が書かれていない場合には、教科書で習った物の名前を思いついても、それが唯一の答えだとは限りません。問題の表が示した範囲を超えて決めつけず、何が追加されれば分けられるかまで考えてみましょう。表を完成させる際には、観察されなかったことと、調べなかったことも別に扱います。

2つの結果を順に使う

次の例題では、候補と観察の結果を条件として与えます。固体が残るか、出た気体が石灰水を白くにごらせるかを、同じ液について組み合わせます。

例題 透明な液A、B、Cは、食塩水、炭酸水、水のいずれかで、それぞれ1種類ずつです。別々に取った液を調べたところ、次の結果が得られました。液A、B、Cの名前をそれぞれ答えましょう。表の「残らない」は、蒸発後に目に見える固体がないという記録です。

図2のように、まずAの結果から使います。候補の中で、水が蒸発した後に食塩が残るのは食塩水です。したがってAは食塩水です。ここで「残る」という観察と「食塩」という物の名前は別です。候補が食塩水、炭酸水、水に限られているから、この問題ではAを選べます。

次に、図2のBの行を見ます。出た気体によって石灰水が白くにごったので、候補の中では二酸化炭素を含む炭酸水に対応します。Bの蒸発後に固体が残らない結果も、表の条件と合っています。気体の観察でBを選び、蒸発後の記録と矛盾しないかを確認します。

最後にCを見ます。候補は各1種類ずつで、AとBに食塩水と炭酸水を使いました。残ったCは水です。Cには固体が残らず、気体による白いにごりもないという記録があり、水という答えと合います。答えはAが食塩水、Bが炭酸水、Cが水です。

この解き方を行ごとに書くと、次の順になります。

1. Aは固体が残るので、候補の食塩水に対応します。
2. Bは出た気体で石灰水が白くにごるので、炭酸水に対応します。
3. Cは残りの水です。Cの2つの記録とも照らします。

水溶液は透明という情報だけでは、AとBを区別できません。また、BとCは蒸発後の結果が同じなので、その列だけでは区別できません。表の横の行をたどり、同じ液に付いた結果を組み合わせることが、名前を取り違えないための手順です。

途中で候補が2つ残るとき

次の例では、与えられた結果から言えるところまでを答えます。全部の名前を埋める必要があるとは限りません。

例題 透明な液P、Q、Rは、食塩水、炭酸水、水のいずれかで、それぞれ1種類ずつです。蒸発後の記録は、Pに固体が残り、QとRには固体が残りませんでした。この記録だけで各液の名前は決まりますか。決まる液と、決まらない液の候補を答えましょう。

まずPは食塩水です。食塩が残るという性質と、候補が3種類に限られるという条件を使いました。次にQとRを見ます。両方とも固体が残らないので、炭酸水と水のどちらがQかは、この記録だけでは決まりません。Qが炭酸水でRが水の組合せも、Qが水でRが炭酸水の組合せも、表の記録に合います。

答えは、Pが食塩水、QとRは炭酸水と水のいずれかで、順番は決められない、です。分かれ目は、残った候補が観察結果に対して同じか違うかです。違う結果なら候補を分けられますが、同じ結果ならその列だけで分けられません。液から出た気体について石灰水の変化が追加されれば、候補を区別できる場合があります。

結果がまだ与えられていないのに、どちらかを選んで表を完成させるのは飛躍（ひやく）です。「判断できない」と書くときも、何でもわからないという意味ではありません。Pは決まり、QとRには2通りの割り当てが残る、と範囲を示します。新しい結果が出たら、その結果が同じ液の記録かを確かめて表に加えます。

誤った結論を表へ戻す

図3のように、蒸発後に残らない液を見て「気体が溶けている」と決める間違いを考えます。水も固体が残らない候補になり得るため、残りの有無だけでは結論が足りません。正しくは、その結果に合う候補を残し、気体についての別の結果を探します。

図3の右側のように、残らない結果からは候補を1つに決めず、追加の観察で分けます。もし問題に追加の記録がなければ、その時点で残る候補を答えます。答えの欄を埋めることより、根拠のある範囲を示すことが先です。

もう1つの間違いは、出たあわを見ただけで二酸化炭素と決めることです。あわは気体が出たという手掛かりですが、気体の名前までは表していません。石灰水を白くにごらせたというような、その気体を区別する結果があるか確認します。結果が「変化なし」なら、見落とさず記録に含めます。

表を読むときには、液の名前と観察の列をずらさないことも大事です。Aの蒸発後の結果とBの気体の結果を合わせると、実際には記録されていない液を作ってしまいます。指で横の行を追い、別の列の結果が同じ文字の液に属しているか確かめましょう。観察の失敗や記録が欠けた場合は、変化なしに書き換えず、結果が得られていないと区別します。

自分で表を読む練習

次の4問はそれぞれ独立した問題です。与えられた候補と結果だけを使って答えましょう。途中の理由も言葉で書いてみます。

問1

液DとEは食塩水と水のいずれかで、1種類ずつです。蒸発後、Dには白い固体が残り、Eには固体が残りませんでした。DとEの名前をそれぞれ答えましょう。

問2

液FとGは炭酸水と水のいずれかで、1種類ずつです。Fから出た気体は石灰水を白くにごらせ、Gについてはその変化が見られませんでした。FとGの名前をそれぞれ答えましょう。

問3

液HとJは、食塩が溶けた水溶液と別の固体が溶けた水溶液です。どちらも蒸発後に白い固体が残りました。白い固体が残ったという結果だけで、食塩水がどちらか決まりますか。理由も答えましょう。

問4

液KとLは炭酸水と水のいずれかで、1種類ずつです。どちらも蒸発後に固体は残りませんでした。Kから出た気体を調べる記録は、途中で器具の不具合が起きたため得られませんでした。この記録からKの名前を決められますか。理由も答えましょう。

練習の答えと考え方

問1の答え

Dが食塩水、Eが水です。食塩水では水が蒸発した後に食塩が残ります。Dの記録がそれに合うので、Dを食塩水とし、もう一方のEを水とします。Eに固体が残らない記録も水に合います。固体が白いという情報だけで一般に食塩と決まるのではなく、候補が2種類に限られる条件も使っています。

問2の答え

Fが炭酸水、Gが水です。Fの気体が石灰水を白くにごらせた記録から、候補の炭酸水に溶けている二酸化炭素を考えます。Gは残った水に対応し、その観察結果とも合います。あわが出たかどうかではなく、出た気体による石灰水の変化まで読んで選びます。

問3の答え

決まりません。HもJも白い固体が残り、観察結果が同じだからです。食塩以外の固体も白く残るという条件なので、Hを食塩水とする組合せとJを食塩水とする組合せが両方残ります。白い固体が残ることは固体が残ったという情報ですが、その名前を決める情報ではありません。別の性質を比べた結果があれば、その結果と候補を照らします。

問4の答え

決められません。KとLの蒸発後の結果は同じで、Kについての気体の記録は得られていないからです。器具の不具合は「石灰水が白くにごらなかった」という結果ではありません。Kが炭酸水、Lが水の場合と、Kが水、Lが炭酸水の場合が残ります。観察が失敗したときは、失敗した事実を残し、得ていない結果を推測で埋めないことが大切です。

覚えておきたいこと

• 透明な水溶液にも、固体や気体など異なる物が溶けています。
• 蒸発後の残りと気体の観察は、同じ液の行で組み合わせます。
• 残らない結果だけでは溶けた物を決められない場合があります。
• 候補と条件を読み、記録不足なら残る候補を示します。

保護者の方へ

お子さまが名前を先に答えたときは、どの観察結果を使ったかを表の上で指してもらいましょう。透明という共通点だけを見ているのか、別の液の結果を混ぜているのかで、戻る場所が変わります。答えを伝える前に、液の文字ごとに結果を横へたどり、合う候補を残すよう促してください。

候補が2つ残った場合は、どちらの割り当ても記録に合うかを確かめると、情報不足の意味を言葉にできます。観察に失敗した記録を変化なしと読み替えていないかも確認します。水溶液の判別は、見えた事実とそこから言える結論の境目を読む練習です。