海水に関する問題
前回に続き,携帯アプリゲーム「クイズRPG 魔法使いと黒猫のウィズ」で出題された問題から。
Q.次の物質を、海水に含まれる量が多い順に並べ替えなさい。
1.水 2.塩化ナトリウム 3.塩化マグネシウム 4.硫酸カルシウム
どうでしょうか？
うーん…、この問題,厳密には問題があります。
海水中に存在するのは,イオンの状態であって,塩化カルシウムや塩化マグネシウムなどの塩(えん)として存在しているわけではありません。
塩は蒸発させたときに残る固体です。
よって,厳密には
「混合物である海水がどのような純物質から構成されているか。多い順に並べよ。」
としなければいけないでしょう。ちょっと苦しいですが。
一応、答えは,
1.水⇒2.塩化ナトリウム⇒3.塩化マグネシウム⇒4.硫酸カルシウムの順となります。
(水＝96.6%,塩分3.4％(塩化ナトリウム＝77.9%,塩化マグネシウム＝9.6%,硫酸カルシウム＝4.0%,その他) wikipediaより)
前回に続いて,大学の入試問題では,海水に関してどんな問題が出題されているのか,データベースソフトを用い調べてみました。
分析の結果,おおまかに分類すると
① 物質の種類に関する問題
② 分離・実験装置に関する問題
③ セッケンの洗浄力に関する問題
④ 溶液の濃度に関する問題
⑤ 浸透圧に関する問題
⑥ イオン交換膜に関する問題
の６つになりました。
①のポイントは
海水は混合物である！ということ。
純物質……１種類の物質からなる物質。
混合物……純物質が２種類以上混じり合ってできた物質。
純物質は,さらに単体と化合物に分けられる。
単体……１種類の元素で構成されている物質。例……C,O2,N2,Ag
化合物…２種類以上の元素で構成されている物質。例……H2O,NaCl,CH4
★純物質と混合物の見分け方のポイント
① １つの化学式で表せるものが純物質となる。例えば,海水は,水(H2O),塩化ナトリウム(NaCl), 塩化マグネシウム(MgCl2)などからなるので混合物と判断できる！
② 融点・沸点が一定の値を示す物質は,純物質。一定の値を示さない物質は混合物。
混合物の融点・沸点は,成分物質の混合の割合によって変わる！
②のポイントは
海水から純粋な水を取り出す操作は蒸留となること。
蒸留とは？
液体を含む混合物を加熱し,沸騰させてできる蒸気を冷却することにより,液体を分離する操作を蒸留という。
特に,２種類以上の液体の混合物を,沸点の違いを利用して物質ごとに分離する操作を分留という。
例えば,蒸留は,海水から水を取り出す場合,溶けている塩化ナトリウムNaClなどは蒸発しないが,水は蒸発するため,水を分離することができる。
③のポイントは
セッケンはMg2＋やCa2＋と反応して水に不溶な塩をつくるため，硬水や海水を用いるとセッケンの洗浄力は低下するということ。
④⑤⑥については,長くなるので別の機会に解説します。
では,実際に出題された入試問題のごく一部を紹介します。
★☆★① 物質の種類に関する問題★☆★
■2012 立命館大学 2/3,理系Ａ方式 理工 情報理工 生命科 薬
・文章中の下線部(c)について，物質を分離・精製する方法には蒸留の他にもいろいろな方法がある。
混合物の分離・精製に関する文章のうち正しいものを下の選択肢からすべて選び，その番号を解答用紙にマークせよ。
① 再結晶は，有機化合物の精製には適用できない。
② 抽出により，食塩とナフタレンの混合物からナフタレンをとり出すことができる。
③ 抽出により，アニリンとフタル酸の混合物からそれぞれの化合物を分離することはできない。
④ クロマトグラフィーにより，o-キシレンとフェノールの混合物からそれぞれの化合物を分離することができる。
⑤ 蒸留により，エタノールと海水の混合物からエタノールをとり出すことはできない。
⑥ 昇華により，ナフタレンとベンゼンの混合物からナフタレンをとり出すことができる。
答え
②，④
■2012 明治大学 一般 農
・以下の文章(ｱ)～(ｴ)の目的に適する分離方法の組み合わせは ① である。
(ｱ) 少量の塩化ナトリウムを含む硝酸カリウムの水溶液から純粋な硝酸カリウムを精製する。
(ｲ) 海水から純粋な水を取り出す。
(ｳ) ナフタレンと塩化ナトリウムの混合物からナフタレンを液体の状態を経ずに分離する。
(ｴ) ヨウ素を含むうがい薬からヘキサンを用いてヨウ素を分離する。
①
(ｱ) (ｲ) (ｳ) (ｴ)
A 昇 華 ろ紙によるろ過 蒸 留 昇 華
B 昇 華 抽 出 蒸 留 抽 出
C 再結晶 抽 出 昇 華 蒸 留
D 抽 出 ろ紙によるろ過 抽 出 蒸 留
E 再結晶 蒸 留 昇 華 抽 出
F 抽 出 蒸 留 抽 出 昇 華
答え
(3) E
■2012 東邦大学 理
・次の(ｱ)～(ｳ)の混合物から[ ]内に示した純物質を取り出すのにもっとも適した方法を，以下の(a)～(e)からそれぞれ一つずつ選び記号で答えよ。
(ｱ) 海水[水] (ｲ) お茶[カフェイン]
(ｳ) 少量の塩化ナトリウムを含む硝酸カリウム[硝酸カリウム]
(a) ろ過 (b) 蒸留 (c) 再結晶 (d) 昇華 (e) 抽出
■2009 東京理科大学 理工
・次の(ｱ)～(ｼ)に最も適当なものをＡ欄から選びなさい。
海水から真水を作るとき，まず砂や固体浮遊物を (ｱ) により分離する。得られた液体は真水と同じように見えるが，その中には各種無機塩類が溶解している。このことは例えば，この液体に (ｲ) 水溶液を1，2滴落とすと白い (ｳ) の沈殿が見られ，
さらに，この液体を白金線に付けてガスバーナーの外炎に入れると (ｴ) による黄色の (ｵ) が見られることから確認できる。
次にそれら無機塩類を除くために，図の装置で (ｶ) をおこなう。図中の器具Aは (ｷ) ，器具Bは (ｸ) 冷却器，器具Cは (ｹ) という。
図中の温度計の球部は，ⅰ～ⅲの中の (ｺ) の高さに置く。加熱するときに守るべきことは (ｻ) ことである。また，冷却器の使用方法で守るべきことは
(ｼ) ことである。この操作によって海水中の水は蒸発して水蒸気になり，冷却器で冷やされてほぼ純粋な水が得られる。
Ａ 欄
01 ⅰ 02 ⅱ
03 ⅲ 04 アジャスター
05 アダプター 06 アンモニア
07 カリウム 08 キップ
09 ナトリウム 10 フェーリング液
11 ベックマン 12 マグネシウム
13 メスフラスコ 14 リービッヒ
15 レトルト 16 枝つきフラスコ
17 塩化アンモニウム 18 塩化銀
19 塩化鉄(Ⅲ) 20 塩化ナトリウム
21 炎色反応 22 蛍 光
23 再結晶 24 硝酸銀
25 蒸 留 26 水酸化鉄(Ⅲ)
27 水酸化銅(Ⅱ) 28 炭酸カルシウム
29 沈 殿 30 抽 出
31 沸 騰 32 分 留
33 丸底フラスコ 34 硫酸銅(Ⅱ)
35 リン光 36 ろ 過
37 ガスバーナーの赤い炎で熱する 38 沸騰石を入れて穏やかに沸騰させる
39 はやく蒸発させるために強めに熱する
40 冷却水をaから入れてbから流出させる
41 冷却水をbから入れてaから流出させる
■2013 神戸薬科大学 薬
・海水から水を取り出す操作として適切なものは，次のうちどれか。
(a) ろ過 (b) 昇華 (c) 再結晶 (d) 抽出 (e) 蒸留
■2010 富山県立大学 工
次の文中の( ① )～( ⑥ )に適当な語句を記入せよ。また，( ア )に適当な文章を説明文(a)～(e)から選び記号で答えよ。
純物質は，単体と( ① )に分類される。( ① )はその作り方や存在場所が異なっても，成分元素の質量比は一定である。
これを( ② )の法則といい，1799年にフランスの( ③ )が発見した。
海水から水を分離するには，海水に溶けている物質と水の( ④ )が異なることを利用して( ⑤ )という操作を行うとよい。
そのために，枝付きフラスコに海水を入れて加熱し，発生した水蒸気を冷却器で( ⑥ )させて三角フラスコに集める。
その時の注意事項として誤りを含んだ文章は( ア )である。
(a) 海水の量は枝付きフラスコの容積の3分の1程度にする。
(b) 温度計の先端の球部は枝付きフラスコの底に触れないように海水中に入れる。
(c) 冷却水は下方から上方へ流す。
(d) 急激な沸騰(突沸)を防ぐため，沸騰石を入れておく。
(e) 枝付きフラスコはバーナーで直接加熱せず，間に金網を入れる。
答え
① 化合物 ② 定比例 ③ プルースト ④ 沸点 ⑤ 蒸留 ⑥ 疑縮
ア (b)
■2009 京都教育大学 教育
物質は純物質と混合物に分類される。純物質はさらに，単体と化合物に分類される。
次の1)～3)を実現するために，混合物あるいは化合物からある特定の物質を取り出す方法を説明せよ。図を用いて説明してもよい。
ただし，通常の実験室で可能な簡単な実験方法が望ましい。また，取り出した特定の物質を分析して同定する必要はない。
1) 海水から，できるだけ純度の高い水を得る。
2) 酸化鉄から，できるだけ純度の高い鉄を得る。
3) 不純物を含む純度の低い粗銅から，純銅を得る。
★☆★② 分離・実験装置に関する問題★☆★
■ 2012 東京都市大学 工 知識工 環境情報 都市生活
問 ア～エのうち，混合物はどれか。最適な組み合わせを下の①～⑧のうちから1つ選べ。 13
ア ドライアイス イ 牛乳 ウ 海水 エ ダイヤモンド
① アとイ ② アとウ ③ アとエ ④ イとウ
⑤ イとエ ⑥ ウとエ ⑦ アとイとウ ⑧ イとウとエ
答え
④
■2010 自治医科大学 医
・次のうちで，混合物のみ，または化合物のみからなる組み合わせはどれか。
A：オゾン，塩酸，花こう岩 B：石油，石灰水，空気
C：水，ドライアイス，アンモニア D：黒鉛，エタノール，塩化ナトリウム
E：ショ糖，海水，食酢
(ｱ) AとB (ｲ) BとC (ｳ) CとD (ｴ) DとE
(ｵ) AとE
■2012 大阪医科大学 看護
問 単体，化合物，混合物の組み合わせとして正しいものはどれか。次のa～eのうちから一つ選びなさい。
単体 化合物 混合物
a 酸素 石灰水 青銅
b グルコース セッコウ 海水
c ナトリウム 白金 ヨウ素液
d 水素 ベンゼン 発煙硫酸
e アルミニウム 塩化ナトリウム 次亜塩素酸
■2012 上智大学 理工
私たちの身の回りにある多くの物質は，2種類以上の物質が混じり合ったものであり，このような物質を A という。空気や海水は A である。
問1 文中の A ～ G にあてはまる語句をa)～s)からそれぞれ1つ選べ。該当する選択肢がない場合，あるいは選択肢が複数ある場合は，z欄をマークせよ。
a) 異性体 b) 化合物 c) 希釈 d) 揮発 e) 凝縮
f) 原子 g) コロイド h) 混合物 i) 重合体 j) 純物質
k) 蒸留 l) 精製 m) 単体 n) 単量体 o) 同位体
p) 同族体 q) 同素体 r) 複塩 s) 沸騰
■2010 岩手大学 教育
次の文(ｱ)～(ｶ)のうち，下線部の記述の誤っているものを3つ選び，記号で答えよ。
また，誤りを含む下線部を，それぞれ正しい記述に直せ。
(ｱ) 原子量が約40で，原子核の中性子の数が陽子の数より4個多い原子の原子番号は，18である。
(ｲ) 一酸化窒素と二酸化窒素のように，同じ元素の組み合わせでできている性質の異なる物質を，同素体という。
(ｳ) 食塩は固体状態では電気を通さないが，加熱して融解するとナトリウムと塩素の間で電子が授受されるので，電気をよく通す。
(ｴ) プロパン6.60gを完全燃焼させたとき生じる二酸化炭素は，標準状態で約10.1Lである。
(ｵ) 海水，食塩水，酢酸，硝酸，石油，エタノールのうち，純物質は酢酸とエタノールである。
(ｶ) 酸素分子O2の全電子数はネオン原子Neの電子数と同じなので，O2は安定に存在する。
★☆★③ セッケンの洗浄力に関する問題★☆★
■2010 関東学院大学 人間環境
27～35に当てはまるものを下記の語群①～⑩から選べ。
油脂をけん化して得られる 27 は 28 性部分の炭化水素基と 29 性のイオン部分からなる 30 のナトリウム塩である。
水中でその一部が 31 して弱 32 性を示す。 27 は硬水や海水中ではCa2＋や 33 と結合し水に不溶性の塩を作るので使用できない。
この点を改良したのが合成洗剤である。合成洗剤には 34 のナトリウム塩や，高級 35 の硫酸エステルのナトリウム塩などがある。
[語群]
① アルコール ② セッケン ③ 加水分解 ④ 乳化
⑤ 塩基 ⑥ アルキルベンゼンスルホン酸 ⑦ 親水
⑧ 脂肪酸 ⑨ Mg2＋ ⑩ 疎水
答え
27 ② 28 ⑩ 29 ⑦ 30 ⑧ 31 ③ 32 ⑤ 33 ⑨ 34 ⑥ 35 ①
■2010 立命館大学 薬 情報理工 生命科 理工
セッケン分子は，RCOO－がこのような性質をもっているのでミセルを形成する。
しかし，Ca2＋やMg2＋を多く含む あ や海水では，RCOO－がこれらのイオンと反応して水に溶けにくい塩をつくるので使用できない。
〔1〕 文章中の あ について，最も適当な語句を下の選択肢の中から選び，その番号を解答用紙にマークせよ。
あ：
① 軟水 ② 界面活性剤 ③ コロイド溶液 ④ 乳濁液 ⑤ 王水 ⑥ 硬水
答え
あ ⑥
■2012 成蹊大学 理工
問 高級脂肪酸のナトリウム塩であるセッケンに関する記述として，誤っているものの組合せを下の①～⑥のうちから一つ選べ。
a セッケンは，水の中に入り込みやすい性質(親水性)のイオンの部分と，水と分離しやすい性質(疎水性)の炭化水素基とからできている。
b セッケンを水に溶かすと，弱酸性を示す。
c 油脂をセッケン水に加えると，油脂はセッケンの親水性部分に囲まれ，細かい粒子となって水の中に分散する。
d セッケンはMg2＋やCa2＋と反応して水に不溶な塩をつくるため，硬水や海水を用いるとセッケンの洗浄力は低下する。
① a・b ② a・c ③ a・d ④ b・c ⑤ b・d ⑥ c・d
★☆★④ 溶液の濃度に関する問題★☆★
■2013 九州工業大学 工 情報工
問 海水中に含まれるすべての塩の質量パーセント濃度は3.4％といわれている。密度1.02g/cm3の海水1.0L中に含まれる塩①の質量[g]を有効数字2桁で答えよ。
■2012 芝浦工業大学 工 システム理工 デザイン工
(ｲ) 海水には様々な物質が溶けていて，海水100g中に溶けている物質の総質量は3.50gである。
そのうち質量パーセントで78.0％が塩化ナトリウムである。海水中に溶解している塩化ナトリウムのモル濃度[mol/L]を有効数字3桁で求めよ。ただし，海水の密度は1.02g/cm3とする。
■2010 中央大学 理工
・海水は質量パーセント濃度3.5％の塩化ナトリウム水溶液とみなすことができる。
27℃でこの塩化ナトリウム水溶液の密度を1.02g/cm3としたとき，そのモル濃度[mol/L]を，有効数字2桁で答えなさい。
★☆★⑤ 浸透圧に関する問題★☆★
■2013 関西学院大学 教育 総合政策 理工
当初， (ｲ) は，コロイド粒子が通過できない膜を用いて研究・利用されてきた。
例えば，(a)コロイド粒子であるタンパク質の精製では， (ｱ) を用いた(b)透析という技術が用いられている。
さらに，現在ではナトリウムイオンや塩化物イオンも通過できないような膜も作製され，海水の淡水化に応用されている。
この膜の穴の大きさは，水分子より数倍大きい。水分子の大きさは約0.38nmである。
一方，(c)塩化物イオンとナトリウムイオンの大きさは，大きい方でも直径が0.33nmで水分子よりも小さい。
それにもかかわらず，(d)この穴は水分子のみを選択的に通過させる。例えば，図の装置(略)において，
(e)Aに食塩水を，Bに純水を入れ， (3) 側に (ｲ) よりも大きな圧力を加えた場合，水分子が (4) 側から (5) 側に向かって (ｱ) を通過し，
食塩水から純水を得ることができる。
問1．文中の(ｱ)，(ｲ)に適切な語句を入れよ。
問2．文中の(1)～(5)にA，Bのどちらかを入れよ。
問3．下線部(a)に関して，タンパク質の精製には透析の他に，タンパク質溶液に(あ)直流電圧をかけるとある電極方向にタンパク質が移動する現象や，
(い)多量の電解質を加えるとタンパク質が沈殿する現象が利用される。タンパク質がコロイド粒子であるために示すこれらの現象をそれぞれ何というか書け。
また，(う)タンパク質は疎水コロイドと親水コロイドのどちらであるかを書け。
問4．下線部(b)に関して，透析とはどの様な操作であるか説明せよ。
問5．下線部(c)に関して，塩化物イオンとナトリウムイオンとではどちらが大きいか，電子配置をもとに説明せよ。
問6．下線部(d)に関して，イオンの大きさより大きな穴が空いているにもかかわらず，水のみがこの膜を通過し，イオンは通過できない理由を説明せよ。
答え
問1． (ｱ) 半透膜 (ｲ) 浸透圧
問2． (1) B (2) A (3) A (4) A (5) B
問3． (あ) 電気泳動 (い) 塩析 (う) 親水コロイド
問4．得られた溶液を半透膜に包み，純水中につけておくと小さな分子やイオンは半透膜を通って純水中に拡散していくことによりコロイド溶液を精製する操作。
問5．ナトリウムイオンはネオン型の電子配置でK殻とL殻に電子が配置されている。一方，塩化物イオンはアルゴン型の電子配置でM殻にも電子が配置されているため，塩化物イオンの方が大きい。
問6．イオンは水溶液中では，イオンの周囲を水分子が取り巻いた水和イオンとなっており，半透膜の穴よりも大きな粒子となっているため。
■2013 近畿大学 理工 建築 薬 農 生物理工 工 産業理工
(3) 浸透圧に関する次の文A～Dのうちで，正しいものをすべてあげると 36 である。
A 点滴や注射の際に用いられるリンゲル液は，体液と同じ浸透圧をもつ。
B 赤血球を水に入れると赤血球が縮む。
C 半透膜を隔てて海水と水を入れ，海水側に浸透圧以上の圧力を加えると，海水中の水分子が半透膜を通って水側に移動する。
D 浸透圧は，デンプンやタンパク質のような高分子化合物の分子量測定に用いられる。
35 ， 36 に対する解答群
① A ② B ③ C ④ D
⑤ AとB ⑥ AとC ⑦ AとD ⑧ BとC
⑨ BとD ⑩ CとD ⑪ AとBとC ⑫ AとBとD
⑬ AとCとD ⑭ BとCとD
■慶應義塾大学 医
海水の淡水化法のひとつとして，半透膜の両側に海水と真水を置き，海水側に圧力を掛けることによって真水を製造する方法がある。
(1) この方法の名称を答えなさい。
(2) 海水が重量濃度3.00％のNaCl水溶液(密度1.00g/cm3)のみで構成されているとして，淡水化に必要な最低圧力を答えなさい。
ただし，浸透圧(?)はファントホッフの式：?＝cRT(ただし，cは水溶液のモル濃度，Rは気体定数，Tは温度)により与えられるものとする。25℃として計算しなさい。
答え
(1) 逆浸透圧法
■2012 日本大学 2/2,Ａ方式(第１期) 生物資源科
5．次の用語の組み合わせのうち，互いの関連が適切でないのは 5 である。
<解答群>
① 再生繊維 レーヨン
② 海水淡水化 逆浸透
③ ブリキ スズ
④ コンクリート 鉄による補強
⑤ 炭素繊維 高い強度
⑥ 燃焼排ガス 硫化水素
⑦ 生活排水 BOD
⑧ 炎色反応 花火
■2012 弘前大学 教育 理工 農学生命科
問 セロハン膜を利用して海水から純水を調製するにはどのようにすればよいかを説明せよ。
★☆★⑥ イオン交換膜に関する問題★☆★
■2010 早稲田大学 人間科
問 (a)に－N＋(CH3)3OH－などの塩基性の官能基を導入した高分子化合物や(b)のようなイオン交換樹脂の用途として，最も適切なものを①～⑧から二つ選びなさい。
① 塗料 ② 歯科の治療用材料
③ 接着剤 ④ 海水の淡水化
⑤ 砂漠緑化の保水材 ⑥ アミノ酸の分離
⑦ 防水材 ⑧ 生分解性ポリマー
答え
④，⑥
■2012 北里大学 薬
次の文を読み，問 13 ～ 15 に答えよ。 13 ～ 15 につき，それぞれ答を一つずつ選び，解答用紙にマークすること。
図1(略)は，海水から淡水を作ったり，海水から塩化ナトリウムを濃縮したり，海水から有害な重金属イオンを除去する装置である。
陽イオン交換膜と陰イオン交換膜で交互に仕切った電解槽Ⅰ～Ⅴがあり，電解槽Ⅱ，Ⅳには海水を満たし，電解槽Ⅰ，Ⅲ，Ⅴには水を満たした。
この装置では一価のイオンは通過するが二価以上のイオンは通さないタイプのイオン交換膜を使用した。
陽極に炭素電極を，陰極に鉄電極を用いて電気分解を行うと，陰極では水素の発生が，陽極では主に塩素が発生し，酸素の発生も見られた。
13 通電後，電解槽Ⅰ，Ⅲで得られる水溶液の組合せとして，最も適切なものはどれか。
電解槽Ⅰ 電解槽Ⅲ
(1) 希塩酸 塩化マグネシウム水溶液
(2) 希塩酸 塩化ナトリウム水溶液
(3) 水酸化ナトリウム水溶液 塩化ナトリウム水溶液
(4) 水酸化ナトリウム水溶液 塩化マグネシウム水溶液
(5) 水酸化マグネシウム水溶液 塩化マグネシウム水溶液
(6) 水酸化マグネシウム水溶液 塩化ナトリウム水溶液
(7) 希硫酸 塩化ナトリウム水溶液
(8) 希硫酸 塩化マグネシウム水溶液
14 陽極，陰極いずれの電極も銅に交換した時に見られる現象として，最も適切なものはどれか。
(1) 陽極から塩素が発生し，陰極から水素が発生する。
(2) 陽極の銅がイオンとなって溶解し，陰極から水素が発生する。
(3) 陽極から塩素が発生し，陰極の銅がイオンとなって溶解する。
(4) 陽極から酸素が発生し，陰極から水素が発生する。
(5) 陽極から酸素が発生し，陰極の銅がイオンとなって溶解する。
■2009 宮崎大学 2/25,前期日程 教育文化 工 農
(3) イオン交換樹脂の用途として，適切なものを2つ選んで，その記号を記せ。
(a) 砂漠緑化の保水材 (b) 海水の淡水化
(c) 導電性ポリマー (d) 純粋な水の製造
(e) 吸水材 (f) 生分解性プラスチック
(g) 乾燥剤
① 物質の種類に関する問題,② 分離・実験装置に関する問題
については
「純物質と混合物 分離に関する問題 完全攻略チャート＆過去問解説集」
で詳しく解説しています。
④ 溶液の濃度に関する問題
については
「溶液の濃度に関する問題 完全攻略チャート＆過去問解説集」
で詳しく解説しています。
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Q.次の物質を、海水に含まれる量が多い順に並べ替えなさい。
1.水 2.塩化ナトリウム 3.塩化マグネシウム 4.硫酸カルシウム
どうでしょうか？
うーん…、この問題,厳密には問題があります。
海水中に存在するのは,イオンの状態であって,塩化カルシウムや塩化マグネシウムなどの塩(えん)として存在しているわけではありません。
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よって,厳密には
「混合物である海水がどのような純物質から構成されているか。多い順に並べよ。」
としなければいけないでしょう。ちょっと苦しいですが。
一応、答えは,
1.水⇒2.塩化ナトリウム⇒3.塩化マグネシウム⇒4.硫酸カルシウムの順となります。
(水＝96.6%,塩分3.4％(塩化ナトリウム＝77.9%,塩化マグネシウム＝9.6%,硫酸カルシウム＝4.0%,その他) wikipediaより)
前回に続いて,大学の入試問題では,海水に関してどんな問題が出題されているのか,データベースソフトを用い調べてみました。
分析の結果,おおまかに分類すると
① 物質の種類に関する問題
② 分離・実験装置に関する問題
③ セッケンの洗浄力に関する問題
④ 溶液の濃度に関する問題
⑤ 浸透圧に関する問題
⑥ イオン交換膜に関する問題
の６つになりました。
①のポイントは
海水は混合物である！ということ。
純物質……１種類の物質からなる物質。
混合物……純物質が２種類以上混じり合ってできた物質。
純物質は,さらに単体と化合物に分けられる。
単体……１種類の元素で構成されている物質。例……C,O2,N2,Ag
化合物…２種類以上の元素で構成されている物質。例……H2O,NaCl,CH4
★純物質と混合物の見分け方のポイント
① １つの化学式で表せるものが純物質となる。例えば,海水は,水(H2O),塩化ナトリウム(NaCl), 塩化マグネシウム(MgCl2)などからなるので混合物と判断できる！
② 融点・沸点が一定の値を示す物質は,純物質。一定の値を示さない物質は混合物。
混合物の融点・沸点は,成分物質の混合の割合によって変わる！
②のポイントは
海水から純粋な水を取り出す操作は蒸留となること。
蒸留とは？
液体を含む混合物を加熱し,沸騰させてできる蒸気を冷却することにより,液体を分離する操作を蒸留という。
特に,２種類以上の液体の混合物を,沸点の違いを利用して物質ごとに分離する操作を分留という。
例えば,蒸留は,海水から水を取り出す場合,溶けている塩化ナトリウムNaClなどは蒸発しないが,水は蒸発するため,水を分離することができる。
③のポイントは
セッケンはMg2＋やCa2＋と反応して水に不溶な塩をつくるため，硬水や海水を用いるとセッケンの洗浄力は低下するということ。
④⑤⑥については,長くなるので別の機会に解説します。
では,実際に出題された入試問題のごく一部を紹介します。
★☆★① 物質の種類に関する問題★☆★
■2012 立命館大学 2/3,理系Ａ方式 理工 情報理工 生命科 薬
・文章中の下線部(c)について，物質を分離・精製する方法には蒸留の他にもいろいろな方法がある。
混合物の分離・精製に関する文章のうち正しいものを下の選択肢からすべて選び，その番号を解答用紙にマークせよ。
① 再結晶は，有機化合物の精製には適用できない。
② 抽出により，食塩とナフタレンの混合物からナフタレンをとり出すことができる。
③ 抽出により，アニリンとフタル酸の混合物からそれぞれの化合物を分離することはできない。
④ クロマトグラフィーにより，o-キシレンとフェノールの混合物からそれぞれの化合物を分離することができる。
⑤ 蒸留により，エタノールと海水の混合物からエタノールをとり出すことはできない。
⑥ 昇華により，ナフタレンとベンゼンの混合物からナフタレンをとり出すことができる。
答え
②，④
■2012 明治大学 一般 農
・以下の文章(ｱ)～(ｴ)の目的に適する分離方法の組み合わせは ① である。
(ｱ) 少量の塩化ナトリウムを含む硝酸カリウムの水溶液から純粋な硝酸カリウムを精製する。
(ｲ) 海水から純粋な水を取り出す。
(ｳ) ナフタレンと塩化ナトリウムの混合物からナフタレンを液体の状態を経ずに分離する。
(ｴ) ヨウ素を含むうがい薬からヘキサンを用いてヨウ素を分離する。
①
(ｱ) (ｲ) (ｳ) (ｴ)
A 昇 華 ろ紙によるろ過 蒸 留 昇 華
B 昇 華 抽 出 蒸 留 抽 出
C 再結晶 抽 出 昇 華 蒸 留
D 抽 出 ろ紙によるろ過 抽 出 蒸 留
E 再結晶 蒸 留 昇 華 抽 出
F 抽 出 蒸 留 抽 出 昇 華
答え
(3) E
■2012 東邦大学 理
・次の(ｱ)～(ｳ)の混合物から[ ]内に示した純物質を取り出すのにもっとも適した方法を，以下の(a)～(e)からそれぞれ一つずつ選び記号で答えよ。
(ｱ) 海水[水] (ｲ) お茶[カフェイン]
(ｳ) 少量の塩化ナトリウムを含む硝酸カリウム[硝酸カリウム]
(a) ろ過 (b) 蒸留 (c) 再結晶 (d) 昇華 (e) 抽出
■2009 東京理科大学 理工
・次の(ｱ)～(ｼ)に最も適当なものをＡ欄から選びなさい。
海水から真水を作るとき，まず砂や固体浮遊物を (ｱ) により分離する。得られた液体は真水と同じように見えるが，その中には各種無機塩類が溶解している。このことは例えば，この液体に (ｲ) 水溶液を1，2滴落とすと白い (ｳ) の沈殿が見られ，
さらに，この液体を白金線に付けてガスバーナーの外炎に入れると (ｴ) による黄色の (ｵ) が見られることから確認できる。
次にそれら無機塩類を除くために，図の装置で (ｶ) をおこなう。図中の器具Aは (ｷ) ，器具Bは (ｸ) 冷却器，器具Cは (ｹ) という。
図中の温度計の球部は，ⅰ～ⅲの中の (ｺ) の高さに置く。加熱するときに守るべきことは (ｻ) ことである。また，冷却器の使用方法で守るべきことは
(ｼ) ことである。この操作によって海水中の水は蒸発して水蒸気になり，冷却器で冷やされてほぼ純粋な水が得られる。
Ａ 欄
01 ⅰ 02 ⅱ
03 ⅲ 04 アジャスター
05 アダプター 06 アンモニア
07 カリウム 08 キップ
09 ナトリウム 10 フェーリング液
11 ベックマン 12 マグネシウム
13 メスフラスコ 14 リービッヒ
15 レトルト 16 枝つきフラスコ
17 塩化アンモニウム 18 塩化銀
19 塩化鉄(Ⅲ) 20 塩化ナトリウム
21 炎色反応 22 蛍 光
23 再結晶 24 硝酸銀
25 蒸 留 26 水酸化鉄(Ⅲ)
27 水酸化銅(Ⅱ) 28 炭酸カルシウム
29 沈 殿 30 抽 出
31 沸 騰 32 分 留
33 丸底フラスコ 34 硫酸銅(Ⅱ)
35 リン光 36 ろ 過
37 ガスバーナーの赤い炎で熱する 38 沸騰石を入れて穏やかに沸騰させる
39 はやく蒸発させるために強めに熱する
40 冷却水をaから入れてbから流出させる
41 冷却水をbから入れてaから流出させる
■2013 神戸薬科大学 薬
・海水から水を取り出す操作として適切なものは，次のうちどれか。
(a) ろ過 (b) 昇華 (c) 再結晶 (d) 抽出 (e) 蒸留
■2010 富山県立大学 工
次の文中の( ① )～( ⑥ )に適当な語句を記入せよ。また，( ア )に適当な文章を説明文(a)～(e)から選び記号で答えよ。
純物質は，単体と( ① )に分類される。( ① )はその作り方や存在場所が異なっても，成分元素の質量比は一定である。
これを( ② )の法則といい，1799年にフランスの( ③ )が発見した。
海水から水を分離するには，海水に溶けている物質と水の( ④ )が異なることを利用して( ⑤ )という操作を行うとよい。
そのために，枝付きフラスコに海水を入れて加熱し，発生した水蒸気を冷却器で( ⑥ )させて三角フラスコに集める。
その時の注意事項として誤りを含んだ文章は( ア )である。
(a) 海水の量は枝付きフラスコの容積の3分の1程度にする。
(b) 温度計の先端の球部は枝付きフラスコの底に触れないように海水中に入れる。
(c) 冷却水は下方から上方へ流す。
(d) 急激な沸騰(突沸)を防ぐため，沸騰石を入れておく。
(e) 枝付きフラスコはバーナーで直接加熱せず，間に金網を入れる。
答え
① 化合物 ② 定比例 ③ プルースト ④ 沸点 ⑤ 蒸留 ⑥ 疑縮
ア (b)
■2009 京都教育大学 教育
物質は純物質と混合物に分類される。純物質はさらに，単体と化合物に分類される。
次の1)～3)を実現するために，混合物あるいは化合物からある特定の物質を取り出す方法を説明せよ。図を用いて説明してもよい。
ただし，通常の実験室で可能な簡単な実験方法が望ましい。また，取り出した特定の物質を分析して同定する必要はない。
1) 海水から，できるだけ純度の高い水を得る。
2) 酸化鉄から，できるだけ純度の高い鉄を得る。
3) 不純物を含む純度の低い粗銅から，純銅を得る。
★☆★② 分離・実験装置に関する問題★☆★
■ 2012 東京都市大学 工 知識工 環境情報 都市生活
問 ア～エのうち，混合物はどれか。最適な組み合わせを下の①～⑧のうちから1つ選べ。 13
ア ドライアイス イ 牛乳 ウ 海水 エ ダイヤモンド
① アとイ ② アとウ ③ アとエ ④ イとウ
⑤ イとエ ⑥ ウとエ ⑦ アとイとウ ⑧ イとウとエ
答え
④
■2010 自治医科大学 医
・次のうちで，混合物のみ，または化合物のみからなる組み合わせはどれか。
A：オゾン，塩酸，花こう岩 B：石油，石灰水，空気
C：水，ドライアイス，アンモニア D：黒鉛，エタノール，塩化ナトリウム
E：ショ糖，海水，食酢
(ｱ) AとB (ｲ) BとC (ｳ) CとD (ｴ) DとE
(ｵ) AとE
■2012 大阪医科大学 看護
問 単体，化合物，混合物の組み合わせとして正しいものはどれか。次のa～eのうちから一つ選びなさい。
単体 化合物 混合物
a 酸素 石灰水 青銅
b グルコース セッコウ 海水
c ナトリウム 白金 ヨウ素液
d 水素 ベンゼン 発煙硫酸
e アルミニウム 塩化ナトリウム 次亜塩素酸
■2012 上智大学 理工
私たちの身の回りにある多くの物質は，2種類以上の物質が混じり合ったものであり，このような物質を A という。空気や海水は A である。
問1 文中の A ～ G にあてはまる語句をa)～s)からそれぞれ1つ選べ。該当する選択肢がない場合，あるいは選択肢が複数ある場合は，z欄をマークせよ。
a) 異性体 b) 化合物 c) 希釈 d) 揮発 e) 凝縮
f) 原子 g) コロイド h) 混合物 i) 重合体 j) 純物質
k) 蒸留 l) 精製 m) 単体 n) 単量体 o) 同位体
p) 同族体 q) 同素体 r) 複塩 s) 沸騰
■2010 岩手大学 教育
次の文(ｱ)～(ｶ)のうち，下線部の記述の誤っているものを3つ選び，記号で答えよ。
また，誤りを含む下線部を，それぞれ正しい記述に直せ。
(ｱ) 原子量が約40で，原子核の中性子の数が陽子の数より4個多い原子の原子番号は，18である。
(ｲ) 一酸化窒素と二酸化窒素のように，同じ元素の組み合わせでできている性質の異なる物質を，同素体という。
(ｳ) 食塩は固体状態では電気を通さないが，加熱して融解するとナトリウムと塩素の間で電子が授受されるので，電気をよく通す。
(ｴ) プロパン6.60gを完全燃焼させたとき生じる二酸化炭素は，標準状態で約10.1Lである。
(ｵ) 海水，食塩水，酢酸，硝酸，石油，エタノールのうち，純物質は酢酸とエタノールである。
(ｶ) 酸素分子O2の全電子数はネオン原子Neの電子数と同じなので，O2は安定に存在する。
★☆★③ セッケンの洗浄力に関する問題★☆★
■2010 関東学院大学 人間環境
27～35に当てはまるものを下記の語群①～⑩から選べ。
油脂をけん化して得られる 27 は 28 性部分の炭化水素基と 29 性のイオン部分からなる 30 のナトリウム塩である。
水中でその一部が 31 して弱 32 性を示す。 27 は硬水や海水中ではCa2＋や 33 と結合し水に不溶性の塩を作るので使用できない。
この点を改良したのが合成洗剤である。合成洗剤には 34 のナトリウム塩や，高級 35 の硫酸エステルのナトリウム塩などがある。
[語群]
① アルコール ② セッケン ③ 加水分解 ④ 乳化
⑤ 塩基 ⑥ アルキルベンゼンスルホン酸 ⑦ 親水
⑧ 脂肪酸 ⑨ Mg2＋ ⑩ 疎水
答え
27 ② 28 ⑩ 29 ⑦ 30 ⑧ 31 ③ 32 ⑤ 33 ⑨ 34 ⑥ 35 ①
■2010 立命館大学 薬 情報理工 生命科 理工
セッケン分子は，RCOO－がこのような性質をもっているのでミセルを形成する。
しかし，Ca2＋やMg2＋を多く含む あ や海水では，RCOO－がこれらのイオンと反応して水に溶けにくい塩をつくるので使用できない。
〔1〕 文章中の あ について，最も適当な語句を下の選択肢の中から選び，その番号を解答用紙にマークせよ。
あ：
① 軟水 ② 界面活性剤 ③ コロイド溶液 ④ 乳濁液 ⑤ 王水 ⑥ 硬水
答え
あ ⑥
■2012 成蹊大学 理工
問 高級脂肪酸のナトリウム塩であるセッケンに関する記述として，誤っているものの組合せを下の①～⑥のうちから一つ選べ。
a セッケンは，水の中に入り込みやすい性質(親水性)のイオンの部分と，水と分離しやすい性質(疎水性)の炭化水素基とからできている。
b セッケンを水に溶かすと，弱酸性を示す。
c 油脂をセッケン水に加えると，油脂はセッケンの親水性部分に囲まれ，細かい粒子となって水の中に分散する。
d セッケンはMg2＋やCa2＋と反応して水に不溶な塩をつくるため，硬水や海水を用いるとセッケンの洗浄力は低下する。
① a・b ② a・c ③ a・d ④ b・c ⑤ b・d ⑥ c・d
★☆★④ 溶液の濃度に関する問題★☆★
■2013 九州工業大学 工 情報工
問 海水中に含まれるすべての塩の質量パーセント濃度は3.4％といわれている。密度1.02g/cm3の海水1.0L中に含まれる塩①の質量[g]を有効数字2桁で答えよ。
■2012 芝浦工業大学 工 システム理工 デザイン工
(ｲ) 海水には様々な物質が溶けていて，海水100g中に溶けている物質の総質量は3.50gである。
そのうち質量パーセントで78.0％が塩化ナトリウムである。海水中に溶解している塩化ナトリウムのモル濃度[mol/L]を有効数字3桁で求めよ。ただし，海水の密度は1.02g/cm3とする。
■2010 中央大学 理工
・海水は質量パーセント濃度3.5％の塩化ナトリウム水溶液とみなすことができる。
27℃でこの塩化ナトリウム水溶液の密度を1.02g/cm3としたとき，そのモル濃度[mol/L]を，有効数字2桁で答えなさい。
★☆★⑤ 浸透圧に関する問題★☆★
■2013 関西学院大学 教育 総合政策 理工
当初， (ｲ) は，コロイド粒子が通過できない膜を用いて研究・利用されてきた。
例えば，(a)コロイド粒子であるタンパク質の精製では， (ｱ) を用いた(b)透析という技術が用いられている。
さらに，現在ではナトリウムイオンや塩化物イオンも通過できないような膜も作製され，海水の淡水化に応用されている。
この膜の穴の大きさは，水分子より数倍大きい。水分子の大きさは約0.38nmである。
一方，(c)塩化物イオンとナトリウムイオンの大きさは，大きい方でも直径が0.33nmで水分子よりも小さい。
それにもかかわらず，(d)この穴は水分子のみを選択的に通過させる。例えば，図の装置(略)において，
(e)Aに食塩水を，Bに純水を入れ， (3) 側に (ｲ) よりも大きな圧力を加えた場合，水分子が (4) 側から (5) 側に向かって (ｱ) を通過し，
食塩水から純水を得ることができる。
問1．文中の(ｱ)，(ｲ)に適切な語句を入れよ。
問2．文中の(1)～(5)にA，Bのどちらかを入れよ。
問3．下線部(a)に関して，タンパク質の精製には透析の他に，タンパク質溶液に(あ)直流電圧をかけるとある電極方向にタンパク質が移動する現象や，
(い)多量の電解質を加えるとタンパク質が沈殿する現象が利用される。タンパク質がコロイド粒子であるために示すこれらの現象をそれぞれ何というか書け。
また，(う)タンパク質は疎水コロイドと親水コロイドのどちらであるかを書け。
問4．下線部(b)に関して，透析とはどの様な操作であるか説明せよ。
問5．下線部(c)に関して，塩化物イオンとナトリウムイオンとではどちらが大きいか，電子配置をもとに説明せよ。
問6．下線部(d)に関して，イオンの大きさより大きな穴が空いているにもかかわらず，水のみがこの膜を通過し，イオンは通過できない理由を説明せよ。
答え
問1． (ｱ) 半透膜 (ｲ) 浸透圧
問2． (1) B (2) A (3) A (4) A (5) B
問3． (あ) 電気泳動 (い) 塩析 (う) 親水コロイド
問4．得られた溶液を半透膜に包み，純水中につけておくと小さな分子やイオンは半透膜を通って純水中に拡散していくことによりコロイド溶液を精製する操作。
問5．ナトリウムイオンはネオン型の電子配置でK殻とL殻に電子が配置されている。一方，塩化物イオンはアルゴン型の電子配置でM殻にも電子が配置されているため，塩化物イオンの方が大きい。
問6．イオンは水溶液中では，イオンの周囲を水分子が取り巻いた水和イオンとなっており，半透膜の穴よりも大きな粒子となっているため。
■2013 近畿大学 理工 建築 薬 農 生物理工 工 産業理工
(3) 浸透圧に関する次の文A～Dのうちで，正しいものをすべてあげると 36 である。
A 点滴や注射の際に用いられるリンゲル液は，体液と同じ浸透圧をもつ。
B 赤血球を水に入れると赤血球が縮む。
C 半透膜を隔てて海水と水を入れ，海水側に浸透圧以上の圧力を加えると，海水中の水分子が半透膜を通って水側に移動する。
D 浸透圧は，デンプンやタンパク質のような高分子化合物の分子量測定に用いられる。
35 ， 36 に対する解答群
① A ② B ③ C ④ D
⑤ AとB ⑥ AとC ⑦ AとD ⑧ BとC
⑨ BとD ⑩ CとD ⑪ AとBとC ⑫ AとBとD
⑬ AとCとD ⑭ BとCとD
■慶應義塾大学 医
海水の淡水化法のひとつとして，半透膜の両側に海水と真水を置き，海水側に圧力を掛けることによって真水を製造する方法がある。
(1) この方法の名称を答えなさい。
(2) 海水が重量濃度3.00％のNaCl水溶液(密度1.00g/cm3)のみで構成されているとして，淡水化に必要な最低圧力を答えなさい。
ただし，浸透圧(?)はファントホッフの式：?＝cRT(ただし，cは水溶液のモル濃度，Rは気体定数，Tは温度)により与えられるものとする。25℃として計算しなさい。
答え
(1) 逆浸透圧法
■2012 日本大学 2/2,Ａ方式(第１期) 生物資源科
5．次の用語の組み合わせのうち，互いの関連が適切でないのは 5 である。
<解答群>
① 再生繊維 レーヨン
② 海水淡水化 逆浸透
③ ブリキ スズ
④ コンクリート 鉄による補強
⑤ 炭素繊維 高い強度
⑥ 燃焼排ガス 硫化水素
⑦ 生活排水 BOD
⑧ 炎色反応 花火
■2012 弘前大学 教育 理工 農学生命科
問 セロハン膜を利用して海水から純水を調製するにはどのようにすればよいかを説明せよ。
★☆★⑥ イオン交換膜に関する問題★☆★
■2010 早稲田大学 人間科
問 (a)に－N＋(CH3)3OH－などの塩基性の官能基を導入した高分子化合物や(b)のようなイオン交換樹脂の用途として，最も適切なものを①～⑧から二つ選びなさい。
① 塗料 ② 歯科の治療用材料
③ 接着剤 ④ 海水の淡水化
⑤ 砂漠緑化の保水材 ⑥ アミノ酸の分離
⑦ 防水材 ⑧ 生分解性ポリマー
答え
④，⑥
■2012 北里大学 薬
次の文を読み，問 13 ～ 15 に答えよ。 13 ～ 15 につき，それぞれ答を一つずつ選び，解答用紙にマークすること。
図1(略)は，海水から淡水を作ったり，海水から塩化ナトリウムを濃縮したり，海水から有害な重金属イオンを除去する装置である。
陽イオン交換膜と陰イオン交換膜で交互に仕切った電解槽Ⅰ～Ⅴがあり，電解槽Ⅱ，Ⅳには海水を満たし，電解槽Ⅰ，Ⅲ，Ⅴには水を満たした。
この装置では一価のイオンは通過するが二価以上のイオンは通さないタイプのイオン交換膜を使用した。
陽極に炭素電極を，陰極に鉄電極を用いて電気分解を行うと，陰極では水素の発生が，陽極では主に塩素が発生し，酸素の発生も見られた。
13 通電後，電解槽Ⅰ，Ⅲで得られる水溶液の組合せとして，最も適切なものはどれか。
電解槽Ⅰ 電解槽Ⅲ
(1) 希塩酸 塩化マグネシウム水溶液
(2) 希塩酸 塩化ナトリウム水溶液
(3) 水酸化ナトリウム水溶液 塩化ナトリウム水溶液
(4) 水酸化ナトリウム水溶液 塩化マグネシウム水溶液
(5) 水酸化マグネシウム水溶液 塩化マグネシウム水溶液
(6) 水酸化マグネシウム水溶液 塩化ナトリウム水溶液
(7) 希硫酸 塩化ナトリウム水溶液
(8) 希硫酸 塩化マグネシウム水溶液
14 陽極，陰極いずれの電極も銅に交換した時に見られる現象として，最も適切なものはどれか。
(1) 陽極から塩素が発生し，陰極から水素が発生する。
(2) 陽極の銅がイオンとなって溶解し，陰極から水素が発生する。
(3) 陽極から塩素が発生し，陰極の銅がイオンとなって溶解する。
(4) 陽極から酸素が発生し，陰極から水素が発生する。
(5) 陽極から酸素が発生し，陰極の銅がイオンとなって溶解する。
■2009 宮崎大学 2/25,前期日程 教育文化 工 農
(3) イオン交換樹脂の用途として，適切なものを2つ選んで，その記号を記せ。
(a) 砂漠緑化の保水材 (b) 海水の淡水化
(c) 導電性ポリマー (d) 純粋な水の製造
(e) 吸水材 (f) 生分解性プラスチック
(g) 乾燥剤
① 物質の種類に関する問題,② 分離・実験装置に関する問題
については
「純物質と混合物 分離に関する問題 完全攻略チャート＆過去問解説集」
で詳しく解説しています。
④ 溶液の濃度に関する問題
については
「溶液の濃度に関する問題 完全攻略チャート＆過去問解説集」
で詳しく解説しています。
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「くらべてつなげてまとめる化学シリーズ」の問題集＋参考書
・くらべてつなげてまとめる無機化学 第一部(pdfデータ 196ページ)
・くらべてつなげてまとめる無機化学 第二部(pdfデータ 133ページ)
・くらべてつなげてまとめる有機化学 第一部(pdfデータ 157ページ)
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