ろ液に残るイオン：沈殿と電気伝導性
中学校の理科室で、3年生のアキさんは2種類の水溶液を混ぜる実験を行った。0.10mol/Lの塩化バリウム水溶液100mLと、0.10mol/Lの硫酸ナトリウム水溶液100mLをビーカーに入れてかき混ぜると、白い沈殿が生じた。沈殿をろ過して取り除き、ろ液の電気伝導性を調べると、混合前のそれぞれの水溶液より弱いが、純水よりは明らかに強い電流が流れた。ろ液に硝酸銀水溶液を加えると、白い沈殿がさらに生じた。アキさんは「沈殿を取り除いたのだから、ろ液は純水になった」と考えた。また、ろ液に塩化バリウム水溶液を加えても、硫酸ナトリウム水溶液を加えても、新たな沈殿は生じなかった。使用した水溶液の体積と濃度は正確で、反応は完全に進んだものとする。ビーカーは蒸留水ですすいだ。塩化バリウムはBa2+とCl-、硫酸ナトリウムはNa+とSO4^2-に電離する。硝酸銀はAg+とNO3-に電離する。アキさんはイオンの動きから説明する必要がある。
1. 生じた白い沈殿の化学式を書き、沈殿が生じたことをイオンの式で説明せよ。また、この反応で消費されたイオンは何か。
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沈殿は硫酸バリウムBaSO4。式はBa2+＋SO4^2-→BaSO4↓。Ba2+とSO4^2-が結びついて水に溶けにくい固体になったため白く見える。 消費されたのはBa2+とSO4^2-で、Na+とCl-はろ液中に残る。体積と濃度が等しいので、Ba2+とSO4^2-はほぼ過不足なく反応する。
2. ろ液に電流が流れた理由を、ろ液に含まれるイオンを挙げて説明せよ。また、混合前の水溶液より伝導性が弱くなった理由を説明せよ。
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ろ液にはNa+とCl-が残っている。これらが電極間を移動して電気を運ぶので、純水より電流が流れる。 混合前はBa2+、Cl-、Na+、SO4^2-が多く、特にBa2+とSO4^2-は2価で電気を運ぶ力が大きい。混合後はBaSO4として取り除かれ、イオンの種類と濃度が減るため伝導性が弱くなる。ただしNa+とCl-は残るので、純水にはならない。
3. アキさんの「ろ液は純水」という考えを、硝酸銀水溶液を加えた結果と、その後の2つの検査結果を関連付けて評価せよ。ろ液中に残っているイオンをすべて挙げ、その理由も書け。
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硝酸銀を加えると白い沈殿AgClが生じる。これはCl-が残っている証拠で、Ag+＋Cl-→AgCl↓。 また塩化バリウムを加えても沈殿しないのでSO4^2-は残っていない。硫酸ナトリウムを加えても沈殿しないのでBa2+も残っていない。 したがってろ液は純水ではなく、Na+とCl-を含む塩化ナトリウム水溶液に近い。アキさんの考えは誤り。