硝酸カリウムの溶解度と温度変化における析出量の計算方法

化学実験や問題を解く際に、溶解度に関する問題がよく登場します。特に、温度変化による溶解度の違いを考慮することは、実際の化学プロセスでも重要です。今回は、硝酸カリウムの溶解度と温度変化における析出量の計算方法について解説します。

硝酸カリウムの溶解度とは？

硝酸カリウム（KNO₃）は、水に溶けやすい化学物質の一つであり、その溶解度は温度によって変化します。溶解度とは、ある温度で一定量の水に溶ける物質の最大量を指し、通常は100gの水に対して何gの物質が溶けるかで示されます。

例えば、10℃では硝酸カリウムは水100gに対して22g溶け、60℃では109g溶けます。このように、温度が高くなると溶解度が増えることが一般的です。

問題の状況設定と計算の流れ

今回の問題では、60℃における硝酸カリウムの飽和水溶液209gが与えられています。この溶液を10℃まで冷却すると、冷却に伴い溶けていた硝酸カリウムが析出します。

まず、60℃で溶けている硝酸カリウムの量を計算します。60℃では、100gの水に対して109gの硝酸カリウムが溶けます。したがって、209gの飽和水溶液に含まれる水の量は、209g – 109g = 100g となります。

析出する硝酸カリウムの計算

次に、10℃で水100gに対する硝酸カリウムの溶解度を考えます。10℃では、100gの水に対して22gの硝酸カリウムが溶けるため、10℃での飽和水溶液に含まれる硝酸カリウムの量は22gです。

したがって、60℃で溶けていた109gの硝酸カリウムが10℃に冷却すると、溶けきれなかった109g – 22g = 87gの硝酸カリウムが析出します。

実例でのアプローチ

例えば、化学実験で水溶液を冷却して析出物を取り出す際、実際の操作はこのように進みます。まず、溶液が熱い状態（60℃）で完全に溶けている硝酸カリウムを測定します。その後、冷却して析出物を収集することができます。

この問題のように温度による溶解度の違いを活用することで、化学反応や分離操作を効率的に行うことが可能です。

まとめ

今回は、硝酸カリウムの溶解度と温度変化における析出量の計算方法について解説しました。60℃から10℃に冷却する過程で、87gの硝酸カリウムが析出することが分かりました。温度に伴う溶解度の変化は、実験や工業的なプロセスにおいて非常に重要な要素であり、このような計算方法を理解しておくことは、化学の学習において非常に有用です。