第11章溶液とコロイド

Key Concepts and Summary重要な概念とまとめ

Properties of a solution that depend only on the concentration of solute particles are called colligative properties. They include changes in the vapor pressure, boiling point, and freezing point of the solvent in the solution. The magnitudes of these properties depend only on the total concentration of solute particles in solution, not on the type of particles. The total concentration of solute particles in a solution also determines its osmotic pressure. This is the pressure that must be applied to the solution to prevent diffusion of molecules of pure solvent through a semipermeable membrane into the solution. Ionic compounds may not completely dissociate in solution due to activity effects, in which case observed colligative effects may be less than predicted.

溶質粒子の濃度だけに依存する溶液の性質を、束一的性質と呼ぶ。溶液中の溶媒の蒸気圧、沸点、凝固点の変化などが含まれる。その大きさは、溶液中の溶質粒子の総濃度だけに依存し、粒子の種類には依存しない。溶質粒子の総濃度は浸透圧も決める。浸透圧とは、純粋な溶媒の分子が半透膜を通って溶液中へ拡散するのを防ぐため、溶液にかけなければならない圧力である。イオン化合物は活量の効果によって溶液中で完全には解離しない場合があり、その場合、観測される束一的効果は予測より小さくなることがある。

Key Equations重要な式

(P_{A} = X_{A} P_{A}^{*})

P_{solution} = \sum_{i} P_{i} = \sum_{i} X_{i} P_{i}^{*}

P_{溶液} = \sum_{i} P_{i} = \sum_{i} X_{i} P_{i}^{*}

P_{solution} = X_{solvent} P_{solvent}^{*}

P_{溶液} = X_{溶媒} P_{溶媒}^{*}

ΔT_b = K_bm

ΔT_f = K_fm

Π = MRT

Chemistry End of Chapter Exercises化学の章末問題

Exercises 26–70練習問題 26–70

Exercise 26問題 26

Which is/are part of the macroscopic domain of solutions and which is/are part of the microscopic domain: boiling point elevation, Henry’s law, hydrogen bond, ion-dipole attraction, molarity, nonelectrolyte, nonstoichiometric compound, osmosis, solvated ion?

次のうち、溶液の巨視的領域に属するものと微視的領域に属するものをそれぞれ挙げなさい。沸点上昇、ヘンリーの法則、水素結合、イオン–双極子引力、モル濃度、非電解質、非化学量論的化合物、浸透、溶媒和イオン。

Exercise 27問題 27

What is the microscopic explanation for the macroscopic behavior illustrated in Figure 11.14?

図11.14に示した巨視的な振る舞いを、微視的にはどう説明できるか。

Solution解き方

The strength of the bonds between like molecules is stronger than the strength between unlike molecules. Therefore, some regions will exist in which the water molecules will exclude oil molecules and other regions will exist in which oil molecules will exclude water molecules, forming a heterogeneous region.

同種分子間の結合の強さが、異種分子間より強いためである。その結果、水分子が油分子を排除する領域と、油分子が水分子を排除する領域が生じ、不均一な領域が形成される。

Exercise 28問題 28

Sketch a qualitative graph of the pressure versus time for water vapor above a sample of pure water and a sugar solution, as the liquids evaporate to half their original volume.

純水と砂糖水がもとの体積の半分まで蒸発するとき、それぞれの液体上の水蒸気の圧力を時間に対して示す、定性的なグラフを描きなさい。

Exercise 29問題 29

A solution of potassium nitrate, an electrolyte, and a solution of glycerin (C₃H₅(OH)₃), a nonelectrolyte, both boil at 100.3 °C. What other physical properties of the two solutions are identical?

電解質である硝酸カリウムの水溶液と、非電解質であるグリセリンC₃H₅(OH)₃の水溶液は、どちらも100.3 °Cで沸騰する。両者で同じになる物理的性質は、ほかに何があるか。

Solution解き方

Both form homogeneous solutions; their boiling point elevations are the same, as are their lowering of vapor pressures. Osmotic pressure and the lowering of the freezing point are also the same for both solutions.

どちらも均一な溶液をつくり、沸点上昇が同じで、蒸気圧降下も同じである。浸透圧と凝固点降下も、両溶液で同じである。

Exercise 30問題 30

What are the mole fractions of H₃PO₄ and water in a solution of 14.5 g of H₃PO₄ in 125 g of water?

H₃PO₄ 14.5 gを水125 gに溶かした溶液における、H₃PO₄と水のモル分率はいくらか。

(a) Outline the steps necessary to answer the question.

(a) 問いに答えるために必要な手順の概要を示しなさい。

(b) Answer the question.

(b) 問いに答えなさい。

Exercise 31問題 31

What are the mole fractions of HNO₃ and water in a concentrated solution of nitric acid (68.0% HNO₃ by mass)?

硝酸の濃厚水溶液（質量で68.0% HNO₃）における、HNO₃と水のモル分率はいくらか。

(a) Outline the steps necessary to answer the question.

(a) 問いに答えるために必要な手順の概要を示しなさい。

(b) Answer the question.

(b) 問いに答えなさい。

Solution解き方

(a) Find number of moles of HNO₃ and H₂O in 100 g of the solution. Find the mole fractions for the components. (b) The mole fraction of HNO₃ is 0.378. The mole fraction of H₂O is 0.622.

(a) 溶液100 g中のHNO₃とH₂Oの物質量を求め、各成分のモル分率を求める。(b) HNO₃のモル分率は0.378、H₂Oのモル分率は0.622である。

Exercise 32問題 32

Calculate the mole fraction of each solute and solvent:

各溶質と溶媒のモル分率を計算しなさい。

(a) 583 g of H₂SO₄ in 1.50 kg of water—the acid solution used in an automobile battery

(a) 水1.50 kg中のH₂SO₄ 583 g。自動車のバッテリーに使う酸性溶液。

(b) 0.86 g of NaCl in 1.00

\times

10² g of water—a solution of sodium chloride for intravenous injection

(b) 水1.00

\times

10² g中のNaCl 0.86 g。静脈注射用の塩化ナトリウム水溶液。

(d) 25 g of I₂ in 125 g of ethanol, C₂H₅OH

(d) エタノールC₂H₅OH 125 g中のI₂ 25 g。

Exercise 33問題 33

Calculate the mole fraction of each solute and solvent:

各溶質と溶媒のモル分率を計算しなさい。

(a) 0.710 kg of sodium carbonate (washing soda), Na₂CO₃, in 10.0 kg of water—a saturated solution at 0 °C

(a) 水10.0 kg中の炭酸ナトリウム（洗濯ソーダ）Na₂CO₃ 0.710 kg。0 °Cでの飽和溶液。

(b) 125 g of NH₄NO₃ in 275 g of water—a mixture used to make an instant ice pack

(b) 水275 g中のNH₄NO₃ 125 g。瞬間冷却パックに使われる混合物。

(d) 0.372 g of tetrahydropyridine, C₅H₉N, in 125 g of chloroform, CHCl₃

(d) クロロホルムCHCl₃ 125 g中の、テトラヒドロピリジンC₅H₉N 0.372 g。

Solution解き方

(a)

X_{{Na}_{2} {CO}_{3}} = 0.0119;

X_{H_{2} O} = 0.988;

(b)

X_{{NH}_{4} {NO}_{3}} = 0.0928;

X_{H_{2} O} = 0.907;

(c)

X_{{Cl}_{2}} = 0.192;

X_{{CH}_{2} {CI}_{2}} = 0.808;

(d)

X_{C_{5} H_{9} N} = 0.00426;

X_{{CHCl}_{3}} = 0.997

(a)

X_{{Na}_{2} {CO}_{3}} = 0.0119;

X_{H_{2} O} = 0.988;

(b)

X_{{NH}_{4} {NO}_{3}} = 0.0928;

X_{H_{2} O} = 0.907;

(c)

X_{{Cl}_{2}} = 0.192;

X_{{CH}_{2} {CI}_{2}} = 0.808;

(d)

X_{C_{5} H_{9} N} = 0.00426;

X_{{CHCl}_{3}} = 0.997

Exercise 34問題 34

Calculate the mole fractions of methanol, CH₃OH; ethanol, C₂H₅OH; and water in a solution that is 40% methanol, 40% ethanol, and 20% water by mass. (Assume the data are good to two significant figures.)

質量でメタノール40%、エタノール40%、水20%からなる溶液について、メタノールCH₃OH、エタノールC₂H₅OH、水のモル分率を計算しなさい。データの有効数字は2桁としなさい。

Exercise 35問題 35

What is the difference between a 1 M solution and a 1 m solution?

1 Mの溶液と1 mの溶液は、どう違うか。

Solution解き方

In a 1 M solution, the mole is contained in exactly 1 L of solution. In a 1 m solution, the mole is contained in exactly 1 kg of solvent.

1 Mの溶液では、ちょうど1 Lの溶液に1 molが含まれる。1 mの溶液では、ちょうど1 kgの溶媒に1 molが含まれる。

Exercise 36問題 36

What is the molality of phosphoric acid, H₃PO₄, in a solution of 14.5 g of H₃PO₄ in 125 g of water?

H₃PO₄ 14.5 gを水125 gに溶かした溶液における、リン酸H₃PO₄の質量モル濃度はいくらか。

(a) Outline the steps necessary to answer the question.

(a) 問いに答えるために必要な手順の概要を示しなさい。

(b) Answer the question.

(b) 問いに答えなさい。

Exercise 37問題 37

What is the molality of nitric acid in a concentrated solution of nitric acid (68.0% HNO₃ by mass)?

硝酸の濃厚水溶液（質量で68.0% HNO₃）における、硝酸の質量モル濃度はいくらか。

(a) Outline the steps necessary to answer the question.

(a) 問いに答えるために必要な手順の概要を示しなさい。

(b) Answer the question.

(b) 問いに答えなさい。

Solution解き方

(a) Determine the molar mass of HNO₃. Determine the number of moles of acid in the solution. From the number of moles and the mass of solvent, determine the molality. (b) 33.7 m

(a) HNO₃のモル質量を求める。溶液中の酸の物質量を求め、物質量と溶媒の質量から質量モル濃度を求める。(b) 33.7 m。

Exercise 38問題 38

Calculate the molality of each of the following solutions:

次の各溶液の質量モル濃度を計算しなさい。

(a) 583 g of H₂SO₄ in 1.50 kg of water—the acid solution used in an automobile battery

(a) 水1.50 kg中のH₂SO₄ 583 g。自動車のバッテリーに使う酸性溶液。

(b) 0.86 g of NaCl in 1.00

\times

10² g of water—a solution of sodium chloride for intravenous injection

(b) 水1.00

\times

10² g中のNaCl 0.86 g。静脈注射用の塩化ナトリウム水溶液。

(d) 25 g of I₂ in 125 g of ethanol, C₂H₅OH

(d) エタノールC₂H₅OH 125 g中のI₂ 25 g。

Exercise 39問題 39

Calculate the molality of each of the following solutions:

次の各溶液の質量モル濃度を計算しなさい。

(a) 0.710 kg of sodium carbonate (washing soda), Na₂CO₃, in 10.0 kg of water—a saturated solution at 0°C

(a) 水10.0 kg中の炭酸ナトリウム（洗濯ソーダ）Na₂CO₃ 0.710 kg。0 °Cでの飽和溶液。

(b) 125 g of NH₄NO₃ in 275 g of water—a mixture used to make an instant ice pack

(b) 水275 g中のNH₄NO₃ 125 g。瞬間冷却パックに使われる混合物。

(d) 0.372 g of tetrahydropyridine, C₅H₉N, in 125 g of chloroform, CHCl₃

(d) クロロホルムCHCl₃ 125 g中の、テトラヒドロピリジンC₅H₉N 0.372 g。

Solution解き方

(a) 6.70

\times

10⁻¹ m; (b) 5.67 m; (c) 2.8 m; (d) 0.0358 m

(a) 6.70

\times

10⁻¹ m; (b) 5.67 m; (c) 2.8 m; (d) 0.0358 m

Exercise 40問題 40

The concentration of glucose, C₆H₁₂O₆, in normal spinal fluid is

\frac{75 mg}{100 g} .

What is the molality of the solution?

正常な髄液中のグルコースC₆H₁₂O₆の濃度は

\frac{75 mg}{100 g} .

である。この溶液の質量モル濃度はいくらか。

Exercise 41問題 41

A 13.0% solution of K₂CO₃ by mass has a density of 1.09 g/cm³. Calculate the molality of the solution.

質量で13.0%のK₂CO₃水溶液の密度は1.09 g/cm³である。質量モル濃度を計算しなさい。

Solution解き方

1.08 m

Exercise 42問題 42

Why does 1 mol of sodium chloride depress the freezing point of 1 kg of water almost twice as much as 1 mol of glycerin?

塩化ナトリウム1 molは、グリセリン1 molに比べ、水1 kgの凝固点をほぼ2倍も下げるのはなぜか。

Exercise 43問題 43

Assuming ideal solution behavior, what is the boiling point of a solution of 115.0 g of nonvolatile sucrose, C₁₂H₂₂O₁₁, in 350.0 g of water?

理想溶液として振る舞うと仮定して、不揮発性のスクロースC₁₂H₂₂O₁₁ 115.0 gを水350.0 gに溶かした溶液の沸点はいくらか。

(a) Outline the steps necessary to answer the question

(a) 問いに答えるために必要な手順の概要を示しなさい。

(b) Answer the question

(b) 問いに答えなさい。

Solution解き方

(a) Determine the molar mass of sucrose; determine the number of moles of sucrose in the solution; convert the mass of solvent to units of kilograms; from the number of moles and the mass of solvent, determine the molality; determine the difference between the boiling point of water and the boiling point of the solution; determine the new boiling point. (b) 100.5 °C

(a) スクロースのモル質量を求める。溶液中のスクロースの物質量を求め、溶媒の質量をkgに換算する。物質量と溶媒の質量から質量モル濃度を求め、水の沸点と溶液の沸点の差を求めて、新しい沸点を求める。(b) 100.5 °C。

Exercise 44問題 44

Assuming ideal solution behavior, what is the boiling point of a solution of 9.04 g of I₂ in 75.5 g of benzene, assuming the I₂ is nonvolatile?

I₂ 9.04 gをベンゼン75.5 gに溶かした溶液の沸点はいくらか。I₂は不揮発性で、溶液は理想的に振る舞うと仮定しなさい。

(a) Outline the steps necessary to answer the question.

(a) 問いに答えるために必要な手順の概要を示しなさい。

(b) Answer the question.

(b) 問いに答えなさい。

Exercise 45問題 45

Assuming ideal solution behavior, what is the freezing temperature of a solution of 115.0 g of sucrose, C₁₂H₂₂O₁₁, in 350.0 g of water?

理想溶液として振る舞うと仮定して、スクロースC₁₂H₂₂O₁₁ 115.0 gを水350.0 gに溶かした溶液の凝固温度はいくらか。

(a) Outline the steps necessary to answer the question.

(a) 問いに答えるために必要な手順の概要を示しなさい。

(b) Answer the question.

(b) 問いに答えなさい。

Solution解き方

(a) Determine the molar mass of sucrose; determine the number of moles of sucrose in the solution; convert the mass of solvent to units of kilograms; from the number of moles and the mass of solvent, determine the molality; determine the difference between the freezing temperature of water and the freezing temperature of the solution; determine the new freezing temperature. (b) −1.8 °C

(a) スクロースのモル質量を求める。溶液中のスクロースの物質量を求め、溶媒の質量をkgに換算する。物質量と溶媒の質量から質量モル濃度を求め、水の凝固温度と溶液の凝固温度の差を求めて、新しい凝固温度を求める。(b) −1.8 °C。

Exercise 46問題 46

Assuming ideal solution behavior, what is the freezing point of a solution of 9.04 g of I₂ in 75.5 g of benzene?

理想溶液として振る舞うと仮定して、I₂ 9.04 gをベンゼン75.5 gに溶かした溶液の凝固点はいくらか。

(a) Outline the steps necessary to answer the following question.

(a) 次の問いに答えるために必要な手順の概要を示しなさい。

(b) Answer the question.

(b) 問いに答えなさい。

Exercise 47問題 47

Assuming ideal solution behavior, what is the osmotic pressure of an aqueous solution of 1.64 g of Ca(NO₃)₂ in water at 25 °C? The volume of the solution is 275 mL.

理想溶液として振る舞うと仮定して、Ca(NO₃)₂ 1.64 gを水に溶かした水溶液の、25 °Cでの浸透圧はいくらか。溶液の体積は275 mLである。

(a) Outline the steps necessary to answer the question.

(a) 問いに答えるために必要な手順の概要を示しなさい。

(b) Answer the question.

(b) 問いに答えなさい。

Solution解き方

(a) Determine the molar mass of Ca(NO₃)₂; determine the number of moles of Ca(NO₃)₂ in the solution; determine the number of moles of ions in the solution; determine the molarity of ions, then the osmotic pressure. (b) 2.67 atm

(a) Ca(NO₃)₂のモル質量を求める。溶液中のCa(NO₃)₂の物質量を求め、溶液中のイオンの物質量を求める。イオンのモル濃度を求め、次いで浸透圧を求める。(b) 2.67 atm。

Exercise 48問題 48

Assuming ideal solution behavior, what is osmotic pressure of a solution of bovine insulin (molar mass, 5700 g mol⁻¹) at 18 °C if 100.0 mL of the solution contains 0.103 g of the insulin?

ウシインスリン（モル質量5700 g mol⁻¹）の溶液100.0 mLに、インスリンが0.103 g含まれている。理想溶液として振る舞うと仮定して、18 °Cでの浸透圧はいくらか。

(a) Outline the steps necessary to answer the question.

(a) 問いに答えるために必要な手順の概要を示しなさい。

(b) Answer the question.

(b) 問いに答えなさい。

Exercise 49問題 49

A solution containing 5.00 g of a compound dissolved in 25.00 g of carbon tetrachloride (bp 76.8 °C; K_b = 5.02 °C/m) exhibits a normal boiling point of 81.5 °C. Assuming ideal solution behavior, what is the molar mass of the compound?

ある化合物5.00 gを四塩化炭素25.00 g（沸点76.8 °C、K_b = 5.02 °C/m）に溶かした溶液は、標準沸点81.5 °Cを示す。理想溶液として振る舞うと仮定して、化合物のモル質量はいくらか。

(a) Outline the steps necessary to answer the question.

(a) 問いに答えるために必要な手順の概要を示しなさい。

(b) Solve the problem.

(b) 問題を解きなさい。

Solution解き方

(a) Determine the molal concentration from the change in boiling point and K_b; determine the moles of solute in the solution from the molal concentration and mass of solvent; determine the molar mass from the number of moles and the mass of solute. (b) 2.1

\times

10² g mol⁻¹

(a) 沸点の変化とK_bから質量モル濃度を求める。質量モル濃度と溶媒の質量から溶液中の溶質の物質量を求め、物質量と溶質の質量からモル質量を求める。(b) 2.1

\times

10² g mol⁻¹。

Exercise 50問題 50

A sample of an organic compound (a nonelectrolyte) weighing 1.35 g lowered the freezing point of 10.0 g of benzene by 3.66 °C. Assuming ideal solution behavior, calculate the molar mass of the compound.

有機化合物（非電解質）の試料1.35 gを加えると、ベンゼン10.0 gの凝固点が3.66 °C下がった。理想溶液として振る舞うと仮定して、化合物のモル質量を計算しなさい。

Exercise 51問題 51

A 1.0 m solution of HCl in benzene has a freezing point of 0.4 °C. Is HCl an electrolyte in benzene? Explain.

HClの1.0 mベンゼン溶液の凝固点は0.4 °Cである。HClはベンゼン中で電解質か。説明しなさい。

Solution解き方

No. Pure benzene freezes at 5.5 °C, and so the observed freezing point of this solution is depressed by ΔT_f = 5.5 − 0.4 = 5.1 °C. The value computed, assuming no ionization of HCl, is ΔT_f = (1.0 m)(5.14 °C/m) = 5.1 °C. Agreement of these values supports the assumption that HCl is not ionized.

いいえ。純粋なベンゼンは5.5 °Cで凍るため、観測された凝固点降下はΔT_f = 5.5 − 0.4 = 5.1 °Cである。HClが電離しないと仮定した計算値は、ΔT_f = (1.0 m)(5.14 °C/m) = 5.1 °Cである。両者が一致することは、HClが電離していないという仮定を支持する。

Exercise 52問題 52

A solution contains 5.00 g of urea, CO(NH₂)₂, a nonvolatile compound, dissolved in 0.100 kg of water. If the vapor pressure of pure water at 25 °C is 23.7 torr, what is the vapor pressure of the solution (assuming ideal solution behavior)?

不揮発性化合物の尿素CO(NH₂)₂ 5.00 gを、水0.100 kgに溶かした溶液がある。25 °Cの純水の蒸気圧が23.7 torrなら、溶液の蒸気圧はいくらか。理想溶液として振る舞うと仮定しなさい。

Exercise 53問題 53

A 12.0-g sample of a nonelectrolyte is dissolved in 80.0 g of water. The solution freezes at −1.94 °C. Assuming ideal solution behavior, calculate the molar mass of the substance.

英語のヒント

非電解質の試料12.0 gを水80.0 gに溶かすと、溶液は−1.94 °Cで凍る。理想溶液として振る舞うと仮定して、この物質のモル質量を計算しなさい。

Solution解き方

144 g mol⁻¹

Exercise 54問題 54

Arrange the following solutions in order by their decreasing freezing points: 0.1 m Na₃PO₄, 0.1 m C₂H₅OH, 0.01 m CO₂, 0.15 m NaCl, and 0.2 m CaCl₂.

次の溶液を、凝固点の高い順に並べなさい。0.1 m Na₃PO₄、0.1 m C₂H₅OH、0.01 m CO₂、0.15 m NaCl、0.2 m CaCl₂。

Exercise 55問題 55

Calculate the boiling point elevation of 0.100 kg of water containing 0.010 mol of NaCl, 0.020 mol of Na₂SO₄, and 0.030 mol of MgCl₂, assuming complete dissociation of these electrolytes and ideal solution behavior.

水0.100 kgにNaCl 0.010 mol、Na₂SO₄ 0.020 mol、MgCl₂ 0.030 molを含む溶液の沸点上昇を計算しなさい。これらの電解質は完全に解離し、溶液は理想的に振る舞うと仮定する。

Solution解き方

0.870 °C

Exercise 56問題 56

How could you prepare a 3.08 m aqueous solution of glycerin, C₃H₈O₃? Assuming ideal solution behavior, what is the freezing point of this solution?

グリセリンC₃H₈O₃の3.08 m水溶液を、どう調製できるか。理想溶液として振る舞うと仮定して、この溶液の凝固点はいくらか。

Exercise 57問題 57

A sample of sulfur weighing 0.210 g was dissolved in 17.8 g of carbon disulfide, CS₂ (K_b = 2.34 °C/m). If the boiling point elevation was 0.107 °C, what is the formula of a sulfur molecule in carbon disulfide (assuming ideal solution behavior)?

硫黄の試料0.210 gを二硫化炭素CS₂ 17.8 gに溶かした（K_b = 2.34 °C/m）。沸点上昇が0.107 °Cだったとき、二硫化炭素中の硫黄分子の化学式は何か。理想溶液として振る舞うと仮定しなさい。

Solution解き方

S₈

Exercise 58問題 58

In a significant experiment performed many years ago, 5.6977 g of cadmium iodide in 44.69 g of water raised the boiling point 0.181 °C. What does this suggest about the nature of a solution of CdI₂?

ずっと以前に行われた重要な実験で、ヨウ化カドミウム5.6977 gを水44.69 gに溶かすと、沸点が0.181 °C上がった。このことは、CdI₂溶液の性質について何を示唆するか。

Exercise 59問題 59

Lysozyme is an enzyme that cleaves cell walls. A 0.100-L sample of a solution of lysozyme that contains 0.0750 g of the enzyme exhibits an osmotic pressure of 1.32

\times

10⁻³ atm at 25 °C. Assuming ideal solution behavior, what is the molar mass of lysozyme?

英語のヒント

リゾチームは細胞壁を切断する酵素である。酵素0.0750 gを含むリゾチーム溶液0.100 Lの試料は、25 °Cで1.32

\times

10⁻³ atmの浸透圧を示す。理想溶液として振る舞うと仮定して、リゾチームのモル質量はいくらか。

Solution解き方

1.39

\times

10⁴ g mol⁻¹

1.39

\times

10⁴ g mol⁻¹

Exercise 60問題 60

The osmotic pressure of a solution containing 7.0 g of insulin per liter is 23 torr at 25 °C. Assuming ideal solution behavior, what is the molar mass of insulin?

1 L当たりインスリン7.0 gを含む溶液の浸透圧は、25 °Cで23 torrである。理想溶液として振る舞うと仮定して、インスリンのモル質量はいくらか。

Exercise 61問題 61

The osmotic pressure of human blood is 7.6 atm at 37 °C. What mass of glucose, C₆H₁₂O₆, is required to make 1.00 L of aqueous solution for intravenous feeding if the solution must have the same osmotic pressure as blood at body temperature, 37 °C (assuming ideal solution behavior)?

人間の血液の浸透圧は37 °Cで7.6 atmである。体温37 °Cで血液と同じ浸透圧をもつ静脈栄養用水溶液を1.00 Lつくるには、グルコースC₆H₁₂O₆が何g必要か。理想溶液として振る舞うと仮定しなさい。

Solution解き方

54 g

Exercise 62問題 62

Assuming ideal solution behavior, what is the freezing point of a solution of dibromobenzene, C₆H₄Br₂, in 0.250 kg of benzene, if the solution boils at 83.5 °C?

ジブロモベンゼンC₆H₄Br₂をベンゼン0.250 kgに溶かした溶液が83.5 °Cで沸騰する。理想溶液として振る舞うと仮定して、凝固点はいくらか。

Exercise 63問題 63

Assuming ideal solution behavior, what is the boiling point of a solution of NaCl in water if the solution freezes at −0.93 °C?

NaCl水溶液が−0.93 °Cで凍る。理想溶液として振る舞うと仮定して、沸点はいくらか。

Solution解き方

100.26 °C

Exercise 64問題 64

The sugar fructose contains 40.0% C, 6.7% H, and 53.3% O by mass. A solution of 11.7 g of fructose in 325 g of ethanol has a boiling point of 78.59 °C. The boiling point of ethanol is 78.35 °C, and K_b for ethanol is 1.20 °C/m. Assuming ideal solution behavior, what is the molecular formula of fructose?

糖のフルクトースは、質量でC 40.0%、H 6.7%、O 53.3%を含む。フルクトース11.7 gをエタノール325 gに溶かした溶液の沸点は78.59 °Cである。エタノールの沸点は78.35 °C、K_bは1.20 °C/mである。理想溶液として振る舞うと仮定して、フルクトースの分子式は何か。

Exercise 65問題 65

The vapor pressure of methanol, CH₃OH, is 94 torr at 20 °C. The vapor pressure of ethanol, C₂H₅OH, is 44 torr at the same temperature.

メタノールCH₃OHの蒸気圧は20 °Cで94 torrである。同じ温度でのエタノールC₂H₅OHの蒸気圧は44 torrである。

(a) Calculate the mole fraction of methanol and of ethanol in a solution of 50.0 g of methanol and 50.0 g of ethanol.

(a) メタノール50.0 gとエタノール50.0 gの溶液について、両成分のモル分率を計算しなさい。

(b) Ethanol and methanol form a solution that behaves like an ideal solution. Calculate the vapor pressure of methanol and of ethanol above the solution at 20 °C.

(b) エタノールとメタノールは、理想溶液として振る舞う溶液をつくる。20 °Cで、この溶液の上のメタノールとエタノールの蒸気圧を計算しなさい。

Solution解き方

(a)

X_{{CH}_{3} OH} = 0.590;

X_{C_{2} H_{5} OH} = 0.410;

(b) Vapor pressures are: CH₃OH: 55 torr; C₂H₅OH: 18 torr; (c) CH₃OH: 0.75; C₂H₅OH: 0.25

(a)

X_{{CH}_{3} OH} = 0.590;

X_{C_{2} H_{5} OH} = 0.410;

(b) 蒸気圧：CH₃OHは55 torr、C₂H₅OHは18 torr。(c) CH₃OHは0.75、C₂H₅OHは0.25。

Exercise 66問題 66

The triple point of air-free water is defined as 273.16 K. Why is it important that the water be free of air?

空気を含まない水の三重点は273.16 Kと定義されている。水が空気を含まないことが重要なのはなぜか。

Exercise 67問題 67

Meat can be classified as fresh (not frozen) even though it is stored at −1 °C. Why wouldn’t meat freeze at this temperature?

肉は−1 °Cで保存されていても、生鮮、すなわち冷凍していないものとして分類できる。この温度で肉が凍らないのはなぜか。

Solution解き方

The ions and compounds present in the water in the beef lower the freezing point of the beef below −1 °C.

牛肉中の水に含まれるイオンや化合物が、牛肉の凝固点を−1 °Cより低くしているためである。

Exercise 68問題 68

An organic compound has a composition of 93.46% C and 6.54% H by mass. A solution of 0.090 g of this compound in 1.10 g of camphor melts at 158.4 °C. The melting point of pure camphor is 178.4 °C. K_f for camphor is 37.7 °C/m. Assuming ideal solution behavior, what is the molecular formula of the solute? Show your calculations.

ある有機化合物の質量組成はC 93.46%、H 6.54%である。この化合物0.090 gを樟脳1.10 gに溶かしたものは、158.4 °Cで融ける。純粋な樟脳の融点は178.4 °C、K_fは37.7 °C/mである。理想溶液として振る舞うと仮定して、溶質の分子式は何か。計算過程を示しなさい。

Exercise 69問題 69

A sample of HgCl₂ weighing 9.41 g is dissolved in 32.75 g of ethanol, C₂H₅OH (K_b = 1.20 °C/m). The boiling point elevation of the solution is 1.27 °C. Is HgCl₂ an electrolyte in ethanol? Show your calculations.

HgCl₂の試料9.41 gを、エタノールC₂H₅OH 32.75 gに溶かした（K_b = 1.20 °C/m）。溶液の沸点上昇は1.27 °Cである。HgCl₂はエタノール中で電解質か。計算過程を示しなさい。

Solution解き方

Δ bp = K_{b} m = (1.20 ° C / m) (\frac{9.41 g \times \frac{1 mol Hg {Cl}_{2}}{271.496 g}}{0.03275 kg}) = 1.27 ° C

The observed change equals the theoretical change; therefore, no dissociation occurs.

Δ bp = K_{b} m = (1.20 ° C / m) (\frac{9.41 g \times \frac{1 mol Hg {Cl}_{2}}{271.496 g}}{0.03275 kg}) = 1.27 ° C

観測された変化は理論上の変化と等しいので、解離は起こっていない。

Exercise 70問題 70

A salt is known to be an alkali metal fluoride. A quick approximate determination of freezing point indicates that 4 g of the salt dissolved in 100 g of water produces a solution that freezes at about −1.4 °C. Assuming ideal solution behavior, what is the formula of the salt? Show your calculations.

ある塩はアルカリ金属のフッ化物と分かっている。凝固点を手早く概測すると、この塩4 gを水100 gに溶かした溶液は約−1.4 °Cで凍る。理想溶液として振る舞うと仮定して、この塩の化学式は何か。計算過程を示しなさい。

boiling point elevation

沸点上昇

elevation of the boiling point of a liquid by addition of a solute

溶質の添加によって、液体の沸点が上がること。

boiling point elevation constant

沸点上昇定数

the proportionality constant in the equation relating boiling point elevation to solute molality; also known as the ebullioscopic constant

沸点上昇と溶質の質量モル濃度を関係づける式の比例定数。エブリオスコピック定数とも呼ぶ。

colligative property

束一的性質

property of a solution that depends only on the concentration of a solute species

溶質化学種の濃度だけに依存する、溶液の性質。

crenation

収縮

process whereby biological cells become shriveled due to loss of water by osmosis

浸透によって水を失い、生体の細胞がしぼむ過程。

freezing point depression

凝固点降下

lowering of the freezing point of a liquid by addition of a solute

溶質の添加によって、液体の凝固点が下がること。

freezing point depression constant

凝固点降下定数

(also, cryoscopic constant) proportionality constant in the equation relating freezing point depression to solute molality

クリオスコピック定数とも呼ぶ。凝固点降下と溶質の質量モル濃度を関係づける式の比例定数。

hemolysis

溶血

rupture of red blood cells due to the accumulation of excess water by osmosis

浸透で過剰な水が入り、赤血球が破裂すること。

hypertonic

高張

of greater osmotic pressure

浸透圧がより高いこと。

hypotonic

低張

of less osmotic pressure

浸透圧がより低いこと。

ion pair

イオン対

solvated anion/cation pair held together by moderate electrostatic attraction

中程度の静電引力で結びついた、溶媒和した陰イオンと陽イオンの対。

isotonic

等張

of equal osmotic pressure

浸透圧が等しいこと。

molality (m)

質量モル濃度（m）

a concentration unit defined as the ratio of the numbers of moles of solute to the mass of the solvent in kilograms

溶質のモル数と、kgで表した溶媒の質量との比として定義される濃度単位。

osmosis

浸透

diffusion of solvent molecules through a semipermeable membrane

半透膜を通る溶媒分子の拡散。

osmotic pressure (Π)

浸透圧（Π）

opposing pressure required to prevent bulk transfer of solvent molecules through a semipermeable membrane

半透膜を通る溶媒分子の全体としての移動を防ぐために必要な、逆向きに作用する圧力。

Raoult’s law

ラウールの法則

the relationship between a solution’s vapor pressure and the vapor pressures and concentrations of its components

溶液の蒸気圧と、その成分の蒸気圧および濃度との関係。

semipermeable membrane

半透膜

a membrane that selectively permits passage of certain ions or molecules

特定のイオンや分子だけを選択的に通す膜。

van’t Hoff factor (i)

ファントホッフ係数（i）

the ratio of the number of moles of particles in a solution to the number of moles of formula units dissolved in the solution

溶液中に溶けた式単位のモル数に対する、溶液中の粒子のモル数の比。